WO2019103645A1 - Method and device for measuring the physical parameters of a material - Google Patents

Method and device for measuring the physical parameters of a material Download PDF

Info

Publication number
WO2019103645A1
WO2019103645A1 PCT/RU2018/000220 RU2018000220W WO2019103645A1 WO 2019103645 A1 WO2019103645 A1 WO 2019103645A1 RU 2018000220 W RU2018000220 W RU 2018000220W WO 2019103645 A1 WO2019103645 A1 WO 2019103645A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
input
detector
transmission line
signal
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/000220
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Олег Креонидович СИЗИКОВ
Владимир Валериевич КОННОВ
Original Assignee
Олег Креонидович СИЗИКОВ
Владимир Валериевич КОННОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Креонидович СИЗИКОВ, Владимир Валериевич КОННОВ filed Critical Олег Креонидович СИЗИКОВ
Publication of WO2019103645A1 publication Critical patent/WO2019103645A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/04—Investigating moisture content
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/221—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance by investigating the dielectric properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables

Definitions

  • the technical solution relates to the measurement technique and is designed to measure the moisture content of the material, dielectric constant,
  • the sensor is filled with the material being monitored and a harmonic sounding signal is supplied to its input, which is formed by a generator, the generator is rearranged in the frequency range and the voltage at the detector output, which converts the high frequency sounding signal to a low frequency voltage, is measured during tuning, and the minimum values of the specified voltage are determined harmonics, characterized by the fact that at these frequencies the length of the signal conductor of the sensor is equal to or a multiple of half the wavelength (equal to half wavelength or equal to the wavelength or equal to several half wavelengths of the probing signal in the material filling the sensor, the harmonic frequency measured when the sensor is filled with the monitored material is compared to the harmonic frequency measured when the sensor is filled with air and according to these frequencies or their ratio determine the physical parameters of the material, and the signal conductor of the sensor at the end is connected to the screen conductor, and the detector is connected directly to the input of the sensor.
  • a harmonic sounding signal is supplied to its input, which is formed by a generator, the generator is rearranged in the frequency range and the voltage
  • the known moisture meter contains a sensor made in the form of a segment of a long transmission line with a signal conductor and one or several screen conductors, the space between which is intended to be filled
  • the generator is made tunable in the frequency range and has a control input to adjust the frequency, a detector that converts a high-frequency sounding signal into a low frequency voltage, with the detector connected between the generator output and the sensor input and installed directly at the sensor input, a measurement and control device to which the generator control input is connected and detector output.
  • a feature of the above method and the device that implements it is the direct and absolute method for measuring the dielectric constant, based on measuring the harmonic frequencies of the probing signal and recalculating the obtained dielectric constant value into the humidity value of the material under test.
  • These harmonics are the resonant frequencies of a segment of a long transmission line of the sensor and are characterized by the fact that at these frequencies the length of the signal conductor of the sensor is equal to or a multiple of one half of the probing wave
  • the criterion for achieving the harmonic frequency is the minimum voltage at the detector output.
  • the probing signal is greatly attenuated, the resonance Q decreases, the resonance band widens and as a result the humidity measurement accuracy decreases.
  • resonance may be absent altogether.
  • the signal conductor (probe) of the sensor is placed in a dielectric envelope - a tube. But at high
  • the use of a dielectric shell no longer solves the problem.
  • the use of a dielectric tube is not possible for a number of applications of the moisture meter, for example, when installing such a moisture meter into a stream of bulk material on a conveyor belt
  • Another disadvantage of the known device, selected as the first analogue, is the limitation of the operating temperature range.
  • the semiconductor diodes included in the detector are directly connected to the sensor input and in fact have the same temperature as the monitored material. Therefore, the temperature range of the monitored material in the known device is limited by the permissible temperatures of semiconductor diodes.
  • the moisture meter implementing this method contains a sensor made in the form of a segment of a long transmission line with signal and two screen conductors, the space between which is intended to be filled with controlled
  • the screen conductors are formed by the walls of the metal bunker, and the signal conductor is made in the form of a metal bar, which is installed between the walls of the bunker parallel to them, the first and second segments
  • coaxial transmission line connected, respectively, to the input and output of the sensor, a high-frequency harmonic probe signal generator connected to the sensor input through the first segment of the coaxial transmission line, a segment of the reference transmission line whose input is connected to the generator output, phase detector, to the first input of which output of the reference transmission line is connected through a mixer, and output of the second coaxial transmission line is connected to the second input of the phase detector, through a second mixer, measuring device and
  • transitional horns are installed at the input and output of the sensor for reflection-free matching of the wave resistance of the first and second segments of the coaxial line with the wave
  • transient horns on the transition to the sensor are closed with a layer that is transparent to the probing electromagnetic signal.
  • the method of measuring humidity based on measuring the phase difference between the phase of the probe signal passing through the material being monitored and the phase of the signal passing through a segment of the reference transmission line is used in many moisture meters described, for example, in the monograph: Benzar V.K., microwave technology - moisture measurement. - Minsk: High School, 1974, 352s.
  • the second analogue, as well as the technical solutions given in this monograph, has the following disadvantage:
  • the total phase shift of the signal in the sensor and connected to the sensor segments of the transmission line depends not only on the dielectric constant of the material filling the sensor, but also on the matching of the impedance of the transmission line of the sensor with the impedances of the transmission line sections connected to the sensor.
  • the characteristic impedance of the sensor's transmission line changes.
  • the phase detector In the moisture meters discussed above, the humidity is measured according to the measured phase, therefore, over the entire range of phase variation from 0 to 360 °, the phase detector should have a stable and linear characteristic of converting the phase to the output voltage.
  • the linearity of the detector conversion depends on the amplitude of its input signals. In materials with electrical conductivity, the probing signal is greatly attenuated, this affects the linearity of the characteristics of the phase detector. The phase shift of the signal in such materials can exceed severalfold 360 °.
  • a sensor is used made in the form of a segment of a long transmission line with a signal conductor and one or several screen conductors, the sensor is filled with a controlled material and a high-frequency harmonic signal is fed to its input, which is formed by the generator, the generator is rearranged in the frequency range and during the reconstruction, the voltage at the output of the detector converts
  • harmonic frequencies determine the minimum values of the specified voltage, characterized by the fact that at these frequencies the length of the signal conductor of the sensor is equal to or a multiple of half the wavelength of the probing signal in the material filling the sensor, and the probe signal is fed to the detector input from the sensor input through the first
  • WO2016043629A1 comprises a sensor made in the form of a long transmission line segment with a signal conductor and one or several screen
  • the generator is tunable in the frequency range and has a control input to adjust the frequency, a detector that converts the high-frequency sounding signal into a low frequency voltage, a measurement and control device to which the input is connected generator control and detector output, the first additional segment of the two-wire transmission line, the input of the specified segment is connected to the date input i, and its output is connected to the first detector input, the first additional segment of the transmission line is made consistent at the output connected to the detector, which is provided, for example, by connecting a matching resistor parallel to the output of the specified segment, the generator output is connected to the sensor input through the input segment of the transmission line .
  • the basis of the above method and its device is a direct and absolute method for measuring the dielectric
  • the purpose of the proposed technical solution is to improve the accuracy of measuring the physical parameters of materials with electrical conductivity, including materials with abrasive properties, as well as bulk materials with large fractions.
  • the sensor in the method of measuring the physical parameters of the material, in which a sensor is used, made in the form of a segment of a long transmission line with a signal conductor and one or more screen conductors, the sensor is filled with a controlled material and a high-frequency harmonic signal is sent to its input is formed by a generator, the generator is rearranged in the frequency range, and during the reconstruction, the voltage is measured at the output of the detector, which converts the high-frequency probe si drove into the low frequency voltage, and the harmonic frequencies determine the minimum values of the specified voltage, characterized by the fact that at these frequencies the length of the signal conductor of the sensor is equal to or a half of the wavelength of the probing signal in the material filling the sensor, and the probe signal is input to the detector input sensor through the first additional segment of the transmission line, in which they create a traveling wave mode, harmonic frequency,
  • the frequency of the harmonics is determined by comparing the phase of the probe signal at the sensor input with the phase of the probe signal at the sensor output, phase comparison is made in the detector, made in the form of a phase discriminator, whose output voltage reaches a minimum when its input signals are either in phase or out of phase the probe signal from the sensor output is fed to the second detector input through the second additional section of the transmission line entered into the moisture meter, the electrical length to expensively chosen equal to the electrical length of the first additional segment, and in the second
  • the mentioned physical parameters of the material are the dielectric constant, the moisture content of the material, the concentration of the mixture of substances, the density, and the refractive index of the material.
  • a direct and absolute method for measuring the dielectric constant (refractive index) is provided, based on measuring the harmonic frequencies of the probing signal and recalculating the obtained dielectric value
  • the dielectric constant measurement is indirect and the total moisture measurement error is already determined by two factors: the measurement error of the dielectric constant and the translation error
  • the proposed technical solution is in principle more accurate than the known solutions based on indirect measurement of the dielectric constant.
  • the measured component of the refractive index of the material is determined from the measured harmonic frequency ratio; with respect to the levels of the probing signal at the input and output of the sensor, determine the imaginary component of the refractive index;
  • the complex dielectric constant is calculated by the two parameters found and then the moisture content of the material (or other physical parameters) is determined by its value with increased accuracy.
  • the proposed solution which consists in additional measurement of the signal amplitudes, makes it possible to determine the complex dielectric constant, even at a high dielectric loss tangent greater than one.
  • the device measures the physical parameters of a material containing a sensor made in the form of a segment of a long transmission line with a signal conductor and one or more screen conductors, the space between which is intended to be filled with a controlled material connected to the input of the sensor generator, forming a high-frequency harmonic sounding signal, and the generator is made tunable to d It has a control input for frequency adjustment, a detector that converts a high-frequency probe signal into a low frequency voltage, a measurement and control device to which the generator control input and the detector output are connected, the first additional two-wire transmission line, the input of the specified segment is connected to the sensor input and its output is connected to the first input of the detector, and the first additional segment of the transmission line is made consistent at the output connected to the detector, which ensures but, for example, by connecting a matching resistor parallel to the output of the specified segment, the generator output is connected to the sensor input either directly or through the input segment of the transmission line,
  • the probe signal generator is made in the form of a synthesizer that generates the frequency of the probe signal using a digital code specified by the measurement and control device, and the measurement and control device contains a processor that calculates the physical parameters of the monitored material using the harmonic frequencies of the probe signal .
  • the frequency of the harmonics is determined by the minimum voltage at the detector output
  • composition of the measurement and control device introduced amplifier with nonlinear amplitude response
  • the detector includes a device for measuring and calculating the ratio of the probing signal levels at the sensor input and output
  • the output of the specified device is connected to the measurement and control device
  • the measurement and control device processor calculates the physical parameters of the material from the harmonic frequencies and the magnitude of the ratio of the levels of the probe signal at the input and output of the sensor.
  • An additional segment of the transmission line to the sensor input is produced through a power divider, made, for example, in the form of a resistor, which is connected between the sensor input and the input of the first additional segment of the transmission line.
  • the specified resistor forms with the input resistance of the first additional segment of the voltage divider.
  • the power divider performs two functions:
  • the need to reduce the signal power at the second input of the detector is due to the fact that to measure materials with high conductivity it is necessary to greatly increase the generator power.
  • Using a power divider limit the signal level at the second input of the detector at an acceptable level.
  • signal conductor is fixed at the ends in electrical leads containing a dielectric insulator; each of the electrical leads is located either on the side surface of the tube or on the end cap of the tube, respectively, signal sensor conductor has either a U-shaped form, or L-shaped, or the shape of a straight line, the input and additional segments of the transmission line are made of coaxial cable and connected to
  • the screen conductor of the sensor is made in the form of a shield
  • the signal conductor of the sensor is made in the form of a metal bar, which is mounted on a shield and is U-shaped, at the ends of the signal conductor is fixed in electrical inputs containing a dielectric insulator, the specified electrical inputs fixed in the shield, the input and additional segments of the transmission line are made of coaxial cable and connected to the signal conductor of the sensor through the specified electrical inputs.
  • This goal is achieved by the fact that on the outer surface of the shield coaxially with electrical leads installed two metal housing, made in the form of glasses with a hole in the bottom, and electrical leads installed in these holes, inside the first metal housing, which is the output of the signal conductor of the sensor , the glasses are connected by a metal tube, inside which the first additional section of the transmission line is placed, the second additional section of the transmission line is placed in the first meta body-crystal.
  • Additional sections of the transmission line and the sensor conductors are made of metal resistant to high temperatures, and the electrical connection of the specified conductors is made using high-temperature solder.
  • a temperature sensor for example, a thermocouple
  • temperature sensor wires are connected to the measurement and control device, and the output from The holes in the bar indicated the wires are wound on a ferrite ring.
  • the wires of the temperature sensor are insulated from the signal and screen conductors. Due to the winding of the wires on the ferrite ring, they form a choke, which has a high resistance at the frequencies of the probing signal, this The influence of the temperature sensor wires on the probing signal is eliminated. Measurement of temperature controlled material allows' improve the accuracy of measurement of its moisture, since the dielectric constant depends not only on the water content in the material, but also on its temperature.
  • the screen and signal conductors of the sensor are made in the form of parallel rods, and the screen conductor can contain either one rod or several parallel rods, one of which has a through hole along its length, all rods are fixed with their ends on the first and the second metal bases, the rods forming the screen conductor being fixed on the bases so that they form an electrical contact with the bases, the signal conductor is fixed by its ends on the grounds by means of electrical leads containing a dielectric insulator, the input and additional segments of the transmission line are made of coaxial cable and connected to the signal conductor of the sensor through the specified electrical leads, while the input and first additional segments of the transmission line are connected to the sensor input from the first base side, the second additional a segment of the transmission line is connected to the output of the sensor from the side of the second metal base and is brought to the side of the first base through the mentioned e hole in the rod.
  • the screen conductor of the sensor is made in the form of a pipe with slots in its walls, and the signal conductor of the sensor is made in the form of a metal tube, which is located inside said pipe parallel to its axis; at the ends the signal conductor is fixed in electrical leads containing a dielectric insulator , electrical inputs are located on the end walls of the pipe, the input and additional sections of the transmission line are connected to the signal conductor of the sensor through the specified electrical inputs, input and
  • Additional sections of the transmission line are made of a coaxial cable, the second additional section of the transmission line connected to the sensor output is placed inside the tube forming the signal conductor, and the coaxial cable segment is wound on a ferrite ring at the tube output on the input side of the sensor.
  • the preferred purpose of the proposed technical solution is to measure the moisture content of bulk, pasty and liquid materials with high electrical conductivity.
  • Such materials include in particular:
  • Figure 1-8 shows the design of the device for measuring the physical parameters of the material in different versions.
  • Figures 9 and 10 show the spectra of the output signal of the detector and the corresponding possible electrical circuits of the detector.
  • the proposed device for measuring the physical parameters of a material is characterized by the following features.
  • the measurement device moisture meter
  • the measurement device contains a sensor made in the form of a segment of a long transmission line formed by the signal conductor 1 and one or several screen conductors 2. The space between the conductors 1 and 2 is intended for filling with a controlled material.
  • the sensor contains input 3 and output 4. Sensor input 3 is connected to generator 5 output of a high-frequency harmonic sounding signal, the generator is tunable in the frequency range and has a control input for frequency adjustment.
  • the proposed device also contains a detector 6 and a device 7 for measurement and control, to which the control input of the generator 5 and the output of detector 6 are connected.
  • the detector 6 is designed as a phase discriminator.
  • the detector 6 converts a high-frequency probe signal taken from input 3 and output 4 of the sensor into a low-frequency output voltage, with the output voltage reaching a minimum when the input signals of the detector 6 are in-phase or out-of-phase.
  • the detector 6 is connected to the sensor using two segments 8, 9 of the two-wire transmission line, which, as shown in FIGS. 1-10, uses a coaxial cable.
  • the first input of the detector 6 is connected to the input 3 of the sensor through the first segment 8 of the coaxial cable, the second input of the detector 6 is connected to the output 4 of the sensor
  • Additional segments 8 and 9 have the same electrical length.
  • the segments 8, 9 at the outputs connected to the inputs of the detector 6 are made consistent, which is achieved, for example, by connecting the terminating resistors 10 and 11 in parallel to the outputs of the specified segments. Resistors 10, 11 is chosen so that the resistance of the inputs of the detector 6 together with
  • the output of the generator 5 is connected to the input 3 of the sensor either directly or through the input section 12 of the transmission line, which can also be used as a coaxial cable.
  • the input segment 12 and additional segments 8, 9 are connected as follows: the signal conductors of the segments 8, 9, 12 are connected to the signal conductor 1 of the sensor, the screen conductors of these segments are connected to the screen conductor 2 of the sensor.
  • the connection of the first segment 8 to the input 3 of the sensor can be made through a resistor 13, performing the function of a power divider.
  • the ratio of the voltage division of this divider is determined by the following expression:
  • P cab is the wave impedance of the section 8 of the transmission line
  • R is the resistance of the resistor 13.
  • the input of the second additional segment 9 can be connected to the output 4 of the sensor via an additional resistor 14, similar in size to the resistor 13 at the input of the first segment 8, but the resistor 14 should be little or zero.
  • the signal conductor 1 is made in the form
  • the electrical leads 15 serve to seal the sensor and to transfer the probe signal to the area occupied by the material being monitored.
  • FIG 2-4 shows the design of the moisture meter (measurement device) for the control of liquid and pasty materials in the pipeline, in the flow under pressure.
  • this moisture meter screen conductor 2 is made in the form of a pipe, and the signal conductor 1 made in the form of a metal bar, which is located inside the pipe 2.
  • bar 1 There are four options for performing bar 1:
  • the rod is located inside the pipe parallel to its axis and has a U-shape, the ends of the rod are fixed in the electrical inlets 15 located on the side surface of the pipe (this variant is shown in figure 2);
  • the bar is located inside the pipe parallel to its axis and is L-shaped, the ends of the bar are fixed in the electrical leads 15, one of which is located on the side surface of the pipe, and the second is on the end cap of the pipe (this option is shown in FIG. 3);
  • the rod is located inside the pipe parallel to its axis and has the shape of a straight line, the ends of the rod are fixed in the electrical leads 15 located on the end caps from opposite ends of the pipe;
  • the rod is located inside the pipe perpendicular to its axis along the diameter of the pipe, has the shape of a straight line, the ends of the rod are fixed in electrical leads 15 located on the side wall of the pipe from its opposite sides (this option is shown in figure 4).
  • FIG. 2 shows a variant in which an additional housing 18 is attached to the housings 16 by means of metal tubes 17.
  • the detector 6 is placed in the housing 18, and the cable segments 8, 9 are connected to the detector 6 through the tubes 17.
  • a moisture meter of this design can be used to monitor materials with
  • the electronic components of the detector 6 are thermally isolated from the controlled material.
  • Generator 5 and measurement and control device 7 are placed in a separate housing 27 at a distance from the sensor and connected to the sensor by cables only.
  • Figure 5 shows the moisture meter in the version designed to control bulk materials in bins, trays, augers or conveyor belts.
  • the screen conductor 2 is made in the form of a shield
  • the signal conductor 1 is made in the form of a metallic U-shaped bar and is fixed to the shield 2 by means of electrical leads 15 containing a dielectric insulator.
  • the input segment 12 and additional segments 8, 9 are made of coaxial cable and connected to the signal conductor 1 of the sensor through the indicated electrical leads 15.
  • two metal shells are installed coaxially with the electrical leads 15 16, made in the form of glasses with a hole in the bottom, moreover, electrical leads 15
  • the second segment 9 of the coaxial cable is placed in the first metal housing 16.
  • a hole 18 is made at the end of the bar 1 along its axis. Inside the hole 18 there is a temperature sensor 19 (for example, a thermocouple) connected to the measurement and control device 7. Insulated wire sensor 19 at the outlet of the hole 18 is wound on a ferrite ring 20, forming a choke for high frequency currents. This solution eliminates the influence of the temperature sensor 19 on the measurement of the probing signal.
  • a temperature sensor 19 for example, a thermocouple
  • FIG. 6 shows a variant of the sensor immersion moisture meter, which can be used to control bulk materials in herds, barns, cars, in car bodies, as well as during storage and processing of bulk materials directly at the sampling sites. The same option can be applied to control liquid and pasty materials in tanks.
  • This version of the moisture meter signal 1 and screen 2 sensor conductors are made in the form of parallel rods, and screen conductor 2 can contain either one rod or several
  • a through hole is made along its length. All rods are fixed with their ends on the first and second metal bases 21 and 22, and the rods forming the screen conductor 2 are fixed so that they form electrical contact with the bases 21 and 22.
  • the signal conductor 1 is fixed at its ends on the bases 21, 22 by means of electrical leads 15 containing a dielectric insulator.
  • Sections 8, 9 and 12 of the transmission line are made of coaxial cable and connected to the signal conductor 1 of the sensor via electrical leads 15.
  • the input segment 12 and the first segment 8 of the cable are connected to input 3 of the sensor from the first base 21, and the second segment 9 is connected to output 4 sensor from the side of the second metal base 22 and displayed on the side of the first base 21 through the said hole in the rod 2.
  • the screen conductor 2 of the sensor is formed by a metal pipe, and in the pipe walls there are slots 23 through which the sensor is filled with the controlled material.
  • the signal conductor 1 sensor is made in the form metal tube, which is located inside the pipe 2 parallel to its axis. At the ends of the tube 1 is fixed in the electrical inlets 15 containing a dielectric insulator. The electrical leads 15 are located on the end walls of the pipe 2.
  • the segments 8, 9 and 12 of the transmission line are connected to the signal conductor of the sensor through the specified electrical leads, and these segments are made of a coaxial cable containing an insulating sheath.
  • a cable section 9 connected to the sensor output 4 is placed inside the tube 1.
  • a segment 9 of the coaxial cable is wound on a ferrite ring 20.
  • This solution suppresses the parasitic electromagnetic coupling between the sensor input 3 and the coaxial screen conductor cable 9.
  • the sensor is equipped with a flange 24.
  • the proposed sensor can also be used to control liquid materials in tanks; in this case, instead of flange 24, a fitting with threaded connection for mounting the sensor to the pipe, and the cables coming out of the sensor pass through the specified pipe.
  • Figures 9 and 10 show two possible variants of the spectra of signals, which determine the frequency of the harmonics: graphs of the frequency of the voltage ⁇ et at the output of the detector 6 and the voltage U a H and the output of the amplifier 25 with a nonlinear
  • transformers 26 are turned on, which provide a 180 ° phase shift of one detector input signal relative to its second signal; with primary winding.
  • moisture meters made as an assembly of two modules: a sensor and an electronic unit 27.
  • the electronic unit includes a generator 5 and a device 7 for measurement and control.
  • This solution has the advantage that the electronic components for all versions of the moisture meter are identical, interchangeable. Moisture meters differ only in sensors whose design depends on the material to be measured and the measurement conditions (in the pipeline, in the tank, in the bunker, in the tray, etc.).
  • a device for measuring the physical parameters of the material works as follows.
  • the generator 5 is rearranged in the range of operating frequencies by means of the device 7 measurement and control. Formed by generator 5 harmonic
  • the probing signal is fed to the input 3 of the sensor either directly or through a segment 12 of the transmission line.
  • the phase of the probing signal transmitted to the output 4 of the sensor is compared with the phase of the signal at the input 3 of the sensor.
  • the specified phase comparison is made in the detector 6.
  • the voltage of the probing signal from input 3 and from output 4 of the sensor is fed to the inputs of the detector 6 through additional sections 8, 9 of the transmission line.
  • the harmonic frequencies are characterized by the fact that at these frequencies the length of the signal conductor 1 of the sensor is equal to or a multiple of half the wavelength of the probing signal in the material filling the sensor.
  • This definition of the harmonic frequency is identical to the following definition: at the harmonic frequency, the phase shift of the probing signal along the sensor length is equal to or a multiple of 180 °.
  • the 8, 9 line segments have equal electrical lengths and a traveling wave mode is created in them.
  • the specified uncertainty in the measurements is eliminated by using the following property of two cascaded segments of long transmission lines: if the length of the first (input) segment is equal to or a multiple of half the wavelength, then the total phase shift of the signal at the output of the second segment is not affected by the characteristic impedance of the first segment.
  • This property of long lines is the basis of the proposed technical solution.
  • This feature of the proposed solution can be formulated as follows: measurements of dielectric parameters are made at the moment when these measurements are not affected by the ratio of the wave impedances of the transmission line of the sensor and the segments of the transmission line connected to the sensor.
  • the harmonic number ⁇ is equal to the number of half-waves “stacked” on the length L of the signal conductor 1 of the sensor:
  • the harmonic number I being 1, 2, 3, ....
  • the harmonic frequencies are measured alternately when the sensor is filled with air and when filled with a controlled material. Depending on the width of the tuning range, as a result of measurements, it is possible to obtain frequency values of a number of harmonics. Measurement of the harmonic frequency during the air filling of the sensor is enough to be performed once during the manufacture of the device and this data is stored in the processor memory of the measuring device 7. When the moisture meter is in operation, a second measurement with air filling may be required only for metrological verification.
  • FIGS. 10 presents the spectrum and variant of the detector when measured at the first harmonic.
  • the phase discriminator the circuit of which is shown in FIGS.
  • phase discriminator circuits shown in FIGS. 9, 10 are simplified, but the detector, made literally according to these circuits, is operational.
  • the technical discriminator for the phase discriminator has other requirements, in particular, the linearity of the transformation of the phase difference of the input signals in the discriminator does not matter. Accordingly, the principle of control of phase matching (or antiphase) of the input signals is different than with continuous phase measurement.
  • the accuracy of fixing the phase coincidence (antiphase) of signals is much higher than the accuracy of measuring an arbitrary phase value in the range of 0 - 360 °. Therefore, the accuracy of measuring the physical parameters of the proposed solution is much higher and is ensured, including for materials that significantly weaken the probe signal.
  • the problem of phase measurement ambiguity inherent in the second analogue is simultaneously solved: the phase of a signal transmitted through a material with a high dielectric constant, measured at a fixed frequency, can exceed 360 ° many times.
  • this problem is solved by choosing the lower frequency of the generator tuning range: the indicated frequency must be lower than the frequency of the first (or second) harmonics. If, due to the high dielectric constant of the material, this requirement cannot be fulfilled, then the solution described in the patents of the first analogue and prototype is used: refractive index? determined through the frequency difference of neighboring harmonics.
  • the refractive index M given in formula (2) in the technical literature is also called the deceleration coefficient or the wavelength shortening coefficient. This parameter is related to the dielectric constant £ g of the material at low dielectric losses by the following relation:
  • the measured value determines the moisture content of the material or other physical parameters that affect the dielectric constant, for example, the concentration of a mixture of substances, density.
  • the calibration tables recorded in the processor of the device 7 are used, which relate the measured parameter to the values of M (or g ).
  • To determine the humidity at the same time measure the temperature of the controlled material.
  • calibration tables are recorded for four values.
  • the moisture meter automatically generates a calibration table for a specific temperature by interpolating between the tables with the closest temperatures recorded in the memory.
  • Ui, U ⁇ of the probing signal respectively, at input 3 and output 4 of the sensor.
  • -L is the length of the signal conductor 1 sensor.
  • the proposed technical solution allows to determine the complex values of the dielectric parameters, which improves the accuracy of measurement of materials with electrical conductivity.
  • the search for minima in the output spectrum of the detector 6 and the calculation of harmonic frequencies from them can be performed using one of the following algorithms.
  • the generator 5 is tuned in the frequency range in discrete steps and the voltage measured with the detector 6 is recorded at each tuning step.
  • the harmonic frequencies are determined from the set of measured voltage values obtained for the entire tuning frequency range.
  • the found values of the frequencies of the harmonics of the processor device 7 calculates the refractive index YI of the material. Further, according to the calibration characteristics of the monitored material, taking into account its temperature, the processor calculates the physical parameters of this material.
  • the generator 5 is made in the form of a synthesizer, which generates the frequency of the probing signal by the digital code defined by the device 7 measurement and control.
  • Algorithm 2 The generator 5 is tuned in the frequency range continuously until the detection of the minimum voltage U det . Next, the generator 5 is transferred to the auto tracking mode - automatic adjustment to the minimum frequency. When a minimum is found, the generator frequency 5 is counted and then, as in the previous algorithm, the refractive index is calculated, which is used to determine the physical parameters of the material being monitored. To implement this algorithm, an analog node was introduced into the device 7, which was configured to tune the frequency of the generator 5 until the minimum at the output of the detector 6 was reached, and the node measuring the frequency of the generator 5.
  • an amplifier 25 with a nonlinear amplitude characteristic is introduced into the device 7, providing amplification of the output voltage of the detector 6 so that the low level voltage is amplified and the high level voltage is limited.
  • the voltage minima U a are aggravated, which allows to increase the accuracy of the minimum frequency measurement.
  • the detector 6 is connected to the sensor through segments of transmission lines, this allows you to place the semiconductor radioelements of the measurement device at a distance from the structural elements of the sensor in direct contact with the material being monitored.
  • the conductors of the input 12 and additional segments 8, 9 of the transmission line and the conductors 1, 2 of the sensor are made of metal resistant to high temperatures, and the electrical connection of the specified conductors is made using high-temperature solder.
  • the signal conductor of the sensor is made of corrosion-resistant hardened steel, for example, 40X13 (AISI 420).
  • the length of the signal conductor of the sensor is 100 mm;
  • the detector is made in the variant for which the minimum of the output signal corresponds to antiphase input signals (figure 10);
  • the moisture meter provides measurements of dielectric parameters and water content in the whole range from pure water to suspension, in which the ratio of the solid phase to the liquid is 100%.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

The technical solution relates to measurement technology and is intended for measuring the dielectric permittivity and moisture content of high-conductivity loose, paste-like and fluid materials such as saline slurry, anthracite, ore material, crude oil and oil sludge. The present method is based on using a sensor in the form of a segment of a long transmission line, and involves feeding a high-frequency probing signal from a frequency-tunable generator to an input of the sensor, and measuring the harmonic frequencies at which the length of the signal conductor of the sensor is equal to or a multiple of half of the wavelength of the probing signal in the material filling the sensor. The harmonic frequencies are determined on the basis of a voltage minimum at the output of a detector in the form of a phase discriminator, the output voltage of which reaches a minimum when the input signals of the detector are either in-phase or anti-phase. Inputs of the detector are coupled to an input and an output of the sensor via segments of a coaxial cable which have the same electrical length, said segments being matched at the outputs. Designs for a moisture sensor for carrying out the above method are proposed. For the purpose of carrying out measurements in pipelines, the sensor is configured in the form of a pipe containing a signal conductor. For loose materials in hoppers and on conveyor belts, the sensor is configured in the form of a screen, to which a U-shaped bar is fastened. The technical result is increased measurement accuracy.

Description

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ  METHOD AND DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL
ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛА  MATERIAL PARAMETERS
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ TECHNICAL FIELD
Техническое решение относится к измерительной технике и предназначено для измерения влажности материала, диэлектрической проницаемости, показателя  The technical solution relates to the measurement technique and is designed to measure the moisture content of the material, dielectric constant,
преломления, концентрации смеси веществ, плотности. refraction, mixture concentration, density.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ BACKGROUND
Из WO2015041568A1 известен способ измерения физических параметров материала в котором применяют датчик, выполненный в виде отрезка длинной линии передачи с сигнальным проводником и одним или несколькими экранными  From WO2015041568A1 a method is known for measuring the physical parameters of a material in which a sensor is used, made in the form of a long transmission line segment with a signal conductor and one or several screen
проводниками, датчик заполняют контролируемым материалом и на его вход подают зондирующий гармонический сигнал, который формируют генератором, генератор перестраивают в диапазоне частот и при перестройке измеряют напряжение на выходе детектора, преобразующего зондирующий высокочастотный сигнал в напряжение низкой частоты, и по минимальным значениям указанного напряжения определяют частоты гармоник, характеризующиеся тем, что на этих частотах длина сигнального проводника датчика равна или кратна половине длины волны (равна половине длины волны или равна длине волны или равна нескольким половинам длин волн) зондирующего сигнала в материале, заполняющем датчик, частоту гармоники, измеренную при заполнении датчика контролируемым материалом, сравнивают с частотой гармоники, измеренной при заполнении датчика воздухом, и по этим частотам или по их отношению определяют физические параметры материала, причем сигнальный проводник датчика на конце соединен с экранным проводником, а детектор подключен непосредственно к входу датчика. conductors, the sensor is filled with the material being monitored and a harmonic sounding signal is supplied to its input, which is formed by a generator, the generator is rearranged in the frequency range and the voltage at the detector output, which converts the high frequency sounding signal to a low frequency voltage, is measured during tuning, and the minimum values of the specified voltage are determined harmonics, characterized by the fact that at these frequencies the length of the signal conductor of the sensor is equal to or a multiple of half the wavelength (equal to half wavelength or equal to the wavelength or equal to several half wavelengths of the probing signal in the material filling the sensor, the harmonic frequency measured when the sensor is filled with the monitored material is compared to the harmonic frequency measured when the sensor is filled with air and according to these frequencies or their ratio determine the physical parameters of the material, and the signal conductor of the sensor at the end is connected to the screen conductor, and the detector is connected directly to the input of the sensor.
Устройство (влагомер), осуществляющее указанный способ, описано в патентах RU128333U1, RU2572087C2, RU2572819C2, RU2585255C2, ЕР2921848А1. Подробное описание известного устройства приведено также на сайтах: htp://fizepr.ru/,  The device (moisture meter) implementing this method is described in patents RU128333U1, RU2572087C2, RU2572819C2, RU2585255C2, ЕР2921848А1. A detailed description of the known device is also given on the websites: htp: //fizepr.ru/,
htp://fizepr.com/. htp: //fizepr.com/.
Известный влагомер содержит датчик, выполненный в виде отрезка длинной линии передачи с сигнальным проводником и одним или несколькими экранными проводниками, пространство между которыми предназначено для заполнения  The known moisture meter contains a sensor made in the form of a segment of a long transmission line with a signal conductor and one or several screen conductors, the space between which is intended to be filled
контролируемым материалом, подключенный к входу датчика генератор, формирующий высокочастотный гармонический зондирующий сигнал, причем генератор выполнен перестраиваемым в диапазоне частот и имеет вход управления для регулировки частоты, детектор, преобразующий высокочастотный зондирующий сигнал в напряжение низкой частоты, причем детектор включен между выходом генератора и входом датчика и установлен непосредственно на входе датчика, устройство измерения и управления, к которому подключен вход управления генератора и выход детектора. controlled material connected to the sensor input generator, forming a high-frequency harmonic sounding signal, and the generator is made tunable in the frequency range and has a control input to adjust the frequency, a detector that converts a high-frequency sounding signal into a low frequency voltage, with the detector connected between the generator output and the sensor input and installed directly at the sensor input, a measurement and control device to which the generator control input is connected and detector output.
Особенностью приведенного способа и осуществляющего его устройства является прямой и абсолютный метод измерения диэлектрической проницаемости, основанный на измерении частот гармоник зондирующего сигнала и пересчете полученного значения диэлектрической проницаемости в значение влажности контролируемого материала. Указанные гармоники являются резонансными частотами отрезка длинной линии передачи датчика и характеризуются тем, что на этих частотах длина сигнального проводника датчика равна или кратна половине длины волны зондирующего  A feature of the above method and the device that implements it is the direct and absolute method for measuring the dielectric constant, based on measuring the harmonic frequencies of the probing signal and recalculating the obtained dielectric constant value into the humidity value of the material under test. These harmonics are the resonant frequencies of a segment of a long transmission line of the sensor and are characterized by the fact that at these frequencies the length of the signal conductor of the sensor is equal to or a multiple of one half of the probing wave
электромагнитного сигнала в материале, заполняющем датчик. Критерием достижения частоты гармоники (частоты резонанса) является минимум напряжения на выходе детектора. В материалах, обладающих электропроводностью, зондирующий сигнал сильно ослабляется, добротность резонанса падает, расширяется полоса резонанса и в результате точность измерения влажности снижается. Для материалов с повышенной электропроводностью резонанс может вообще отсутствовать. Для обеспечения возможности измерения таких материалов, например, для измерения сырой нефти, в известных влагомерах применяют следующее решение: сигнальный проводник (зонд) датчика помещают в диэлектрическую оболочку - трубку. Но при высокой electromagnetic signal in the material filling the sensor. The criterion for achieving the harmonic frequency (resonance frequency) is the minimum voltage at the detector output. In materials with electrical conductivity, the probing signal is greatly attenuated, the resonance Q decreases, the resonance band widens and as a result the humidity measurement accuracy decreases. For materials with high electrical conductivity, resonance may be absent altogether. To enable the measurement of such materials, for example, to measure crude oil, the following solution is used in known moisture meters: the signal conductor (probe) of the sensor is placed in a dielectric envelope - a tube. But at high
электропроводности материала, например, для насыщенного раствора соли, применение диэлектрической оболочки уже не решает проблему. Кроме того, использование диэлектрической трубки невозможно для ряда применений влагомера, так, например, при установке такого влагомера в поток кускового материала на ленте конвейера the electrical conductivity of the material, for example, for a saturated salt solution, the use of a dielectric shell no longer solves the problem. In addition, the use of a dielectric tube is not possible for a number of applications of the moisture meter, for example, when installing such a moisture meter into a stream of bulk material on a conveyor belt
диэлектрическая оболочка разрушится. Введение диэлектрической оболочки зонда снижает чувствительность влагомера и точность измерений. Калибровочная the dielectric shell will collapse. The introduction of the dielectric shell of the probe reduces the sensitivity of the moisture meter and measurement accuracy. Calibration
характеристика такого влагомера определяется уже не только параметрами the characteristic of such a moisture meter is determined not only by parameters
контролируемого материала, но и параметрами диэлектрической трубки: ее диаметром, толщиной стенок и диэлектрической проницаемостью материала трубки. controlled material, but also the parameters of the dielectric tube: its diameter, wall thickness and dielectric constant of the tube material.
Еще одним недостатком известного устройства, выбранного в качестве первого аналога, является ограничение диапазона рабочих температур. В известном устройстве полупроводниковые диоды, входящие в состав детектора, подсоединены к входу датчика непосредственно и фактически имеют ту же температуру, что и контролируемый материал. Поэтому диапазон температур контролируемого материала в известном устройстве ограничен допустимыми температурами полупроводниковых диодов. Another disadvantage of the known device, selected as the first analogue, is the limitation of the operating temperature range. In the known device, the semiconductor diodes included in the detector are directly connected to the sensor input and in fact have the same temperature as the monitored material. Therefore, the temperature range of the monitored material in the known device is limited by the permissible temperatures of semiconductor diodes.
Известен способ и устройство измерения физических параметров материала, предложенные в патентах RU2154816C2 и ЕР0829007В1, в котором применяют датчик, выполненный в виде отрезка длинной линии передачи с сигнальным проводником и двумя экранными проводниками, датчик заполняют контролируемым материалом и на его вход подают зондирующий гармонический сигнал, который формируют генератором, измеряют разность фаз между фазой зондирующего сигнала, прошедшего через датчик и отрезки коаксиальной линии передачи, подсоединенные к датчику, и фазой сигнала, прошедшего через отрезок эталонной линии передачи, подключенный параллельно датчику, и по разности фаз определяют влажность материала.  The known method and device for measuring the physical parameters of the material proposed in patents RU2154816C2 and ЕР0829007В1, in which a sensor is used made in the form of a long transmission line segment with a signal conductor and two screen conductors, the sensor is filled with a controlled material and a harmonic sound signal is fed to its input, which form the generator, measure the phase difference between the phase of the probe signal transmitted through the sensor and the segments of the coaxial transmission line connected to the sensor, and the phase of the signal, passed through the segment of the reference transmission line connected in parallel to the sensor, and determine the moisture content of the material by the phase difference.
Влагомер, осуществляющий указанный способ, содержит датчик, выполненный в виде отрезка длинной линии передачи с сигнальным и двумя экранными проводниками, пространство между которыми предназначено для заполнения контролируемым  The moisture meter implementing this method contains a sensor made in the form of a segment of a long transmission line with signal and two screen conductors, the space between which is intended to be filled with controlled
материалом, причем экранные проводники образованы стенками металлического бункера, а сигнальный проводник выполнен в виде металлического прутка, который установлен между стенками бункера параллельно им, первый и второй отрезки material, and the screen conductors are formed by the walls of the metal bunker, and the signal conductor is made in the form of a metal bar, which is installed between the walls of the bunker parallel to them, the first and second segments
коаксиальной линии передачи, подключенные, соответственно, к входу и выходу датчика, генератор высокочастотного гармонического зондирующего сигнала, подключенный к входу датчика через первый отрезок коаксиальной линии передачи, отрезок эталонной линии передачи, вход которого подключен к выходу генератора, фазовый детектор, к первому входу которого подключен через смеситель выход отрезка эталонной линии передачи, а ко второму входу фазового детектора подключен через второй смеситель выход второго отрезка коаксиальной линии передачи, устройство измерения и coaxial transmission line connected, respectively, to the input and output of the sensor, a high-frequency harmonic probe signal generator connected to the sensor input through the first segment of the coaxial transmission line, a segment of the reference transmission line whose input is connected to the generator output, phase detector, to the first input of which output of the reference transmission line is connected through a mixer, and output of the second coaxial transmission line is connected to the second input of the phase detector, through a second mixer, measuring device and
управления, к которому подключен выход детектора, причем на входе и выходе датчика установлены переходные рупоры для свободного от отражений согласования волнового сопротивления первого и второго отрезков коаксиальной линии с волновым control, to which the detector output is connected, and transitional horns are installed at the input and output of the sensor for reflection-free matching of the wave resistance of the first and second segments of the coaxial line with the wave
сопротивлением линии передачи датчика, переходные рупоры на переходе к датчику закрыты слоем, прозрачным для зондирующего электромагнитного сигнала. resistance of the transmission line of the sensor, transient horns on the transition to the sensor are closed with a layer that is transparent to the probing electromagnetic signal.
Данное техническое решение основано на измерении диэлектрической  This solution is based on measuring the dielectric
проницаемости, но применяемый способ измерения диэлектрической проницаемости - косвенный, результат измерения зависит от параметров отрезка эталонной линии передачи, соответственно, данный способ не позволяет достичь максимальной точности измерения. Способ измерения влажности, основанный на измерении разности фаз между фазой зондирующего сигнала, прошедшего через контролируемый материал, и фазой сигнала, прошедшего через отрезок эталонной линии передачи, применяется во многих влагомерах, описанных, например, в монографии: Бензарь В. К., Техника СВЧ- влагометрии. - Минск: Высшая школа, 1974, 352с. Второй аналог, как и технические решения, приведенные в указанной монографии, имеет следующий недостаток: permeability, but the applied method of measuring the dielectric constant is indirect, the measurement result depends on the parameters of the segment of the reference transmission line, respectively, this method does not allow to achieve maximum measurement accuracy. The method of measuring humidity based on measuring the phase difference between the phase of the probe signal passing through the material being monitored and the phase of the signal passing through a segment of the reference transmission line is used in many moisture meters described, for example, in the monograph: Benzar V.K., microwave technology - moisture measurement. - Minsk: High School, 1974, 352s. The second analogue, as well as the technical solutions given in this monograph, has the following disadvantage:
суммарный фазовый сдвиг сигнала в датчике и подключенных к датчику отрезках линии передачи зависит не только от диэлектрической проницаемости материала, заполняющего датчик, но и от согласования волнового сопротивления линии передачи датчика с волновыми сопротивлениями подключенных к датчику отрезков линии передачи. Для разных контролируемых материалов, а также при изменении влажности контролируемого материала волновое сопротивление линии передачи датчика изменяется. Для уменьшения влияния волнового сопротивления датчика на измеряемую разность фаз во втором аналоге предложено на входе и выходе датчика установить согласующие рупоры, которые закрыты слоем, прозрачным для зондирующего электромагнитного сигнала. Но рупоры обеспечивают согласование в сравнительно узком диапазоне изменения волнового сопротивления и, кроме того, использование указанных рупоров возможно только для узкого круга задач. The total phase shift of the signal in the sensor and connected to the sensor segments of the transmission line depends not only on the dielectric constant of the material filling the sensor, but also on the matching of the impedance of the transmission line of the sensor with the impedances of the transmission line sections connected to the sensor. For different controlled materials, as well as when the humidity of the controlled material changes, the characteristic impedance of the sensor's transmission line changes. To reduce the effect of the sensor impedance on the measured phase difference in the second analogue, it was proposed to install matching horns at the sensor input and output, which are covered with a layer that is transparent to the probing electromagnetic signal. But horns provide coordination in a relatively narrow range of changes in wave resistance and, moreover, the use of these horns is possible only for a narrow circle of tasks.
В рассмотренных выше влагомерах влажность отсчитывают по величине измеренной фазы, поэтому во всем диапазоне изменения фазы от 0 до 360° фазовый детектор должен иметь стабильную и линейную характеристику преобразования фазы в выходное напряжение. Линейность преобразования детектора зависит от амплитуды его входных сигналов. В материалах, обладающих электропроводностью, зондирующий сигнал сильно ослабляется, это влияет на линейность характеристик фазового детектора. Фазовый сдвиг сигнала в таких материалах может многократно превышать 360°.  In the moisture meters discussed above, the humidity is measured according to the measured phase, therefore, over the entire range of phase variation from 0 to 360 °, the phase detector should have a stable and linear characteristic of converting the phase to the output voltage. The linearity of the detector conversion depends on the amplitude of its input signals. In materials with electrical conductivity, the probing signal is greatly attenuated, this affects the linearity of the characteristics of the phase detector. The phase shift of the signal in such materials can exceed severalfold 360 °.
Указанные факторы привели к тому, что известное техническое решение нашло лишь ограниченное применение и не используется для контроля материалов, обладающих высокой электропроводностью. These factors have led to the fact that the known technical solution has found only limited application and is not used to control materials with high electrical conductivity.
Известен способ и устройство измерения физических параметров материала, наиболее близкие по технической сущности к предлагаемому техническому решению, описанные в патентах RU2576552C1, DE212015000221U1 и в заявке WO2016043629A1.  The known method and device for measuring the physical parameters of the material, the closest in technical essence to the proposed technical solution, described in patents RU2576552C1, DE212015000221U1 and in the application WO2016043629A1.
В известном способе, выбранном в качестве прототипа, применяют датчик, выполненный в виде отрезка длинной линии передачи с сигнальным проводником и одним или несколькими экранными проводниками, датчик заполняют контролируемым материалом и на его вход подают зондирующий высокочастотный гармонический сигнал, который формируют генератором, генератор перестраивают в диапазоне частот и при перестройке измеряют напряжение на выходе детектора, преобразующего In the known method, selected as a prototype, a sensor is used made in the form of a segment of a long transmission line with a signal conductor and one or several screen conductors, the sensor is filled with a controlled material and a high-frequency harmonic signal is fed to its input, which is formed by the generator, the generator is rearranged in the frequency range and during the reconstruction, the voltage at the output of the detector converts
высокочастотный зондирующий сигнал в напряжение низкой частоты, и по минимальным значениям указанного напряжения определяют частоты гармоник, характеризующиеся тем, что на этих частотах длина сигнального проводника датчика равна или кратна половине длины волны зондирующего сигнала в материале, заполняющем датчик, причем на вход детектора зондирующий сигнал подают с входа датчика через первый high frequency probing signal to low frequency voltage, and harmonic frequencies determine the minimum values of the specified voltage, characterized by the fact that at these frequencies the length of the signal conductor of the sensor is equal to or a multiple of half the wavelength of the probing signal in the material filling the sensor, and the probe signal is fed to the detector input from the sensor input through the first
дополнительный отрезок линии передачи, в котором создают режим бегущих волн, частоту гармоники, измеренную при заполнении датчика контролируемым материалом, сравнивают с частотой гармоники, измеренной при заполнении датчика воздухом, и по этим частотам или по их отношению определяют физические параметры материала. An additional segment of the transmission line, in which traveling-wave mode is created, the harmonic frequency measured when the sensor is filled with the monitored material is compared with the harmonic frequency measured when the sensor is filled with air, and the physical parameters of the material are determined from these frequencies or their ratio.
Известное устройство из RU2576552C1, DE212015000221U1 и в заявке  The known device of RU2576552C1, DE212015000221U1 and in the application
WO2016043629A1, содержит датчик, выполненный в виде отрезка длинной линии передачи с сигнальным проводником и одним или несколькими экранными WO2016043629A1, comprises a sensor made in the form of a long transmission line segment with a signal conductor and one or several screen
проводниками, пространство между которыми предназначено для заполнения conductors between which is intended to be filled
контролируемым материалом, подключенный к входу датчика генератор, формирующий высокочастотный гармонический зондирующий сигнал, причем генератор выполнен перестраиваемым в диапазоне частот и имеет вход управления для регулировки частоты, детектор, преобразующий высокочастотный зондирующий сигнал в напряжение низкой частоты, устройство измерения и управления, к которому подключен вход управления генератора и выход детектора, первый дополнительный отрезок двухпроводной линии передачи, вход указанного отрезка подключен к входу датчика, а его выход подключен к первому входу детектора, причем первый дополнительный отрезок линии передачи выполнен согласованным на выходе, подключенном к детектору, что обеспечено, например, подсоединением согласующего резистора параллельно выходу указанного отрезка, выход генератора подключен к входу датчика через входной отрезок линии передачи. controlled material connected to the sensor input generator that generates a high-frequency harmonic sounding signal, the generator is tunable in the frequency range and has a control input to adjust the frequency, a detector that converts the high-frequency sounding signal into a low frequency voltage, a measurement and control device to which the input is connected generator control and detector output, the first additional segment of the two-wire transmission line, the input of the specified segment is connected to the date input i, and its output is connected to the first detector input, the first additional segment of the transmission line is made consistent at the output connected to the detector, which is provided, for example, by connecting a matching resistor parallel to the output of the specified segment, the generator output is connected to the sensor input through the input segment of the transmission line .
Как и для первого аналога, основой приведенного способа и осуществляющего его устройства является прямой и абсолютный метод измерения диэлектрической  As for the first analogue, the basis of the above method and its device is a direct and absolute method for measuring the dielectric
проницаемости, основанный на измерении частот гармоник зондирующего сигнала и пересчете полученного значения диэлектрической проницаемости в значение влажности контролируемого материала. Но для материалов, обладающих электропроводностью, данное техническое решение не позволяет получить высокую точность измерения. permeability, based on measuring the frequencies of the harmonics of the probing signal and recalculating the obtained value of the dielectric constant into the value of the humidity of the monitored material. But for materials with electrical conductivity, this technical solution does not allow to obtain high measurement accuracy.
Причины, обуславливающие указанный недостаток, те же, что и для технического решения, выбранного в качестве первого аналога. Эти причины подробно описаны выше, в разделе, в котором рассмотрен первый аналог. The reasons for this drawback are the same as for technical the solution chosen as the first analogue. These reasons are described in detail above, in the section in which the first analogue is considered.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ SUMMARY OF INVENTION
Целью предлагаемого технического решения является повышение точности измерения физических параметров материалов, обладающих электропроводностью, в том числе материалов, имеющих абразивные свойства, а также сыпучих материалов с крупными фракциями.  The purpose of the proposed technical solution is to improve the accuracy of measuring the physical parameters of materials with electrical conductivity, including materials with abrasive properties, as well as bulk materials with large fractions.
Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения физических параметров материала, в котором применяют датчик, выполненный в виде отрезка длинной линии передачи с сигнальным проводником и одним или несколькими экранными проводниками, датчик заполняют контролируемым материалом и на его вход подают зондирующий высокочастотный гармонический сигнал, который формируют генератором, генератор перестраивают в диапазоне частот и при перестройке измеряют напряжение на выходе детектора, преобразующего высокочастотный зондирующий сигнал в напряжение низкой частоты, и по минимальным значениям указанного напряжения определяют частоты гармоник, характеризующиеся тем, что на этих частотах длина сигнального проводника датчика равна или кратна половине длины волны зондирующего сигнала в материале, заполняющем датчик, причем на вход детектора зондирующий сигнал подают с входа датчика через первый дополнительный отрезок линии передачи, в котором создают режим бегущих волн, частоту гармоники,  This goal is achieved by the fact that in the method of measuring the physical parameters of the material, in which a sensor is used, made in the form of a segment of a long transmission line with a signal conductor and one or more screen conductors, the sensor is filled with a controlled material and a high-frequency harmonic signal is sent to its input is formed by a generator, the generator is rearranged in the frequency range, and during the reconstruction, the voltage is measured at the output of the detector, which converts the high-frequency probe si drove into the low frequency voltage, and the harmonic frequencies determine the minimum values of the specified voltage, characterized by the fact that at these frequencies the length of the signal conductor of the sensor is equal to or a half of the wavelength of the probing signal in the material filling the sensor, and the probe signal is input to the detector input sensor through the first additional segment of the transmission line, in which they create a traveling wave mode, harmonic frequency,
измеренную при заполнении датчика контролируемым материалом, сравнивают с частотой гармоники, измеренной при заполнении датчика воздухом, и по этим частотам или по их отношению определяют физические параметры материала, согласно measured when the sensor is filled with the monitored material, compared with the harmonic frequency measured when the sensor is filled with air, and the physical parameters of the material are determined by these frequencies or their ratio, according to
предлагаемому техническому решению, частоты гармоник определяют посредством сравнения фазы зондирующего сигнала на входе датчика с фазой зондирующего сигнала на выходе датчика, сравнение фаз производят в детекторе, выполненном в виде фазового дискриминатора, у которого выходное напряжение достигает минимума, когда его входные сигналы или синфазны или противофазны, зондирующий сигнал с выхода датчика подают на второй вход детектора через введенный в состав влагомера второй дополнительный отрезок линии передачи, электрическая длина которого выбрана равной электрической длине первого дополнительного отрезка, причем во втором the proposed technical solution, the frequency of the harmonics is determined by comparing the phase of the probe signal at the sensor input with the phase of the probe signal at the sensor output, phase comparison is made in the detector, made in the form of a phase discriminator, whose output voltage reaches a minimum when its input signals are either in phase or out of phase the probe signal from the sensor output is fed to the second detector input through the second additional section of the transmission line entered into the moisture meter, the electrical length to expensively chosen equal to the electrical length of the first additional segment, and in the second
дополнительном отрезке создают режим бегущих волн. Упомянутые физические параметры материала представляют собой диэлектрическую проницаемость, влажность материала, концентрацию смеси веществ, плотность, показатель преломления материала. В предложенном способе, также как в рассмотренных ранее первом аналоге и прототипе, обеспечивается прямой и абсолютный метод измерения диэлектрической проницаемости (показателя преломления), основанный на измерении частот гармоник зондирующего сигнала и пересчете полученного значения диэлектрической an additional segment create a mode of traveling waves. The mentioned physical parameters of the material are the dielectric constant, the moisture content of the material, the concentration of the mixture of substances, the density, and the refractive index of the material. In the proposed method, as well as in the previously reviewed first analog and prototype, a direct and absolute method for measuring the dielectric constant (refractive index) is provided, based on measuring the harmonic frequencies of the probing signal and recalculating the obtained dielectric value
проницаемости в значение влажности контролируемого материала (плотности или концентрации). permeability to the moisture value of the controlled material (density or concentration).
Для сравнения: во втором аналоге измерение диэлектрической проницаемости - косвенное и общая ошибка измерения влажности определяется уже двумя факторами: ошибкой измерения диэлектрической проницаемости и ошибкой перевода  For comparison: in the second analogue, the dielectric constant measurement is indirect and the total moisture measurement error is already determined by two factors: the measurement error of the dielectric constant and the translation error
диэлектрической проницаемости во влажность. В предлагаемом техническом решении ошибка измерения диэлектрической проницаемости сведена к минимуму и итоговая ошибка измерения влажности определяется лишь только одним фактором - точностью перевода в значение влажности измеренной диэлектрической проницаемости. Таким образом, предложенное техническое решение в принципе точнее известных решений, основанных на косвенном измерении диэлектрической проницаемости. dielectric constant in humidity. In the proposed technical solution, the error in measuring the dielectric constant is minimized and the total error in measuring the humidity is determined only by one factor - the accuracy of the translation into the moisture value of the measured dielectric constant. Thus, the proposed technical solution is in principle more accurate than the known solutions based on indirect measurement of the dielectric constant.
Поставленная цель достигается также тем, что в предложенном способе генератор перестраивают в диапазоне частот дискретными шагами, на каждом шаге перестройки определяют напряжение на выходе детектора, и по частотной зависимости указанного напряжения, измеренной во всем диапазоне частот перестройки генератора, определяют частоты гармоник.  This goal is achieved by the fact that in the proposed method the generator is rearranged in the frequency range in discrete steps, the voltage at the detector output is determined at each tuning step, and the harmonic frequencies are determined from the frequency dependence of the specified voltage measured over the entire frequency tuning range of the generator.
Поставленная цель достигается также тем, что в предложенном способе  This goal is achieved by the fact that in the proposed method
сравнивают уровни (амплитуды) зондирующего сигнала на входе и выходе датчика, по их отношению определяют диэлектрические потери в контролируемом материале и по полученному значению потерь уточняют измеряемые физические параметры. they compare the levels (amplitudes) of the probing signal at the input and output of the sensor, determine the dielectric losses in the controlled material by their ratio, and determine the measured physical parameters by the obtained loss value.
Указанный способ реализуют следующим образом: по измеренному отношению частот гармоник определяют действительную составляющую показателя преломления материала; по отношению уровней зондирующего сигнала на входе и выходе датчика определяют мнимую составляющую показателя преломления; по двум найденным параметрам вычисляют комплексную диэлектрическую проницаемость и затем по ее значению определяют влажность материала (или другие физические параметры) с повышенной точностью. Предлагаемое решение, заключающееся в дополнительном измерении амплитуд сигнала, позволяет определить комплексную диэлектрическую проницаемость даже при высоком тангенсе диэлектрических потерь, превышающем единицу. Применительно к устройству, осуществляющему предложенный способ, поставленная цель достигается тем, что в устройстве измерения физических параметров материала, содержащем датчик, выполненный в виде отрезка длинной линии передачи с сигнальным проводником и одним или несколькими экранными проводниками, пространство между которыми предназначено для заполнения контролируемым материалом, подключенный к входу датчика генератор, формирующий высокочастотный гармонический зондирующий сигнал, причем генератор выполнен перестраиваемым в диапазоне частот и имеет вход управления для регулировки частоты, детектор, преобразующий высокочастотный зондирующий сигнал в напряжение низкой частоты, устройство измерения и управления, к которому подключен вход управления генератора и выход детектора, первый дополнительный отрезок двухпроводной линии передачи, вход указанного отрезка подключен к входу датчика, а его выход подключен к первому входу детектора, причем первый дополнительный отрезок линии передачи выполнен согласованным на выходе, подключенном к детектору, что обеспечено, например, подсоединением согласующего резистора параллельно выходу указанного отрезка, выход генератора подключен к входу датчика или непосредственно или через входной отрезок линии передачи, согласно предлагаемому техническому решению, упомянутый детектор выполнен в виде фазового дискриминатора, у которого выходное напряжение достигает минимума, когда его входные высокочастотные сигналы синфазны или противофазны, введен второй дополнительный отрезок двухпроводной линии передачи, вход которого подключен к выходу датчика, а выход второго дополнительного отрезка подключен ко второму входу детектора, причем электрическая длина второго дополнительного отрезка равна электрической длине первого дополнительного отрезка и второй дополнительный отрезок линии передачи также выполнен согласованным на выходе, подключенном к детектору. В качестве двухпроводной линии для указанных дополнительных отрезков и входного отрезка может быть применен коаксиальный кабель. This method is implemented as follows: the measured component of the refractive index of the material is determined from the measured harmonic frequency ratio; with respect to the levels of the probing signal at the input and output of the sensor, determine the imaginary component of the refractive index; The complex dielectric constant is calculated by the two parameters found and then the moisture content of the material (or other physical parameters) is determined by its value with increased accuracy. The proposed solution, which consists in additional measurement of the signal amplitudes, makes it possible to determine the complex dielectric constant, even at a high dielectric loss tangent greater than one. With regard to the device carrying out the proposed method, the goal is achieved in that the device measures the physical parameters of a material containing a sensor made in the form of a segment of a long transmission line with a signal conductor and one or more screen conductors, the space between which is intended to be filled with a controlled material connected to the input of the sensor generator, forming a high-frequency harmonic sounding signal, and the generator is made tunable to d It has a control input for frequency adjustment, a detector that converts a high-frequency probe signal into a low frequency voltage, a measurement and control device to which the generator control input and the detector output are connected, the first additional two-wire transmission line, the input of the specified segment is connected to the sensor input and its output is connected to the first input of the detector, and the first additional segment of the transmission line is made consistent at the output connected to the detector, which ensures but, for example, by connecting a matching resistor parallel to the output of the specified segment, the generator output is connected to the sensor input either directly or through the input segment of the transmission line, according to the proposed technical solution, said detector is designed as a phase discriminator, whose output voltage reaches a minimum when its input high-frequency signals are in-phase or anti-phase, a second additional segment of the two-wire transmission line, the input of which is connected to the sensor output, and you od second additional segment is connected to the second input of the detector, wherein the electrical length of the second additional interval equal to the electrical length of the first additional and second additional segment of the transmission line segment is also made consistent output connected to the detector. A coaxial cable can be used as a two-wire line for these additional segments and an input segment.
Поставленная цель достигается также тем, что генератор зондирующего сигнала выполнен в виде синтезатора, который формирует частоту зондирующего сигнала по цифровому коду, задаваемому устройством измерения и управления, а устройство измерения и управления содержит процессор, который вычисляет физические параметры контролируемого материала по значениям частот гармоник зондирующего сигнала.  This goal is achieved by the fact that the probe signal generator is made in the form of a synthesizer that generates the frequency of the probe signal using a digital code specified by the measurement and control device, and the measurement and control device contains a processor that calculates the physical parameters of the monitored material using the harmonic frequencies of the probe signal .
Частоты гармоник определяют по минимуму напряжения на выходе детектора The frequency of the harmonics is determined by the minimum voltage at the detector output
следующим образом: снимают весь спектр выходного сигнала детектора, as follows: remove the entire spectrum of the output signal of the detector,
представляющий собой частотную зависимость напряжения детектора во всем диапазоне частот перестройки генератора, затем в этом спектре находят минимумы и определяют значения частот в этих минимумах. representing the frequency dependence of the detector voltage over the entire range frequency tuning generator, then in this spectrum find the minima and determine the values of the frequencies in these minima.
Поставленная цель достигается также тем, что в состав устройства измерения и управления введен усилитель с нелинейной амплитудной характеристикой,  This goal is achieved by the fact that the composition of the measurement and control device introduced amplifier with nonlinear amplitude response,
обеспечивающий усиление выходного напряжения детектора таким образом, что напряжение низкого уровня усиливается, а напряжение высокого уровня ограничивается. При таком преобразовании выходного сигнала детектора пики минимумов в спектре обостряются, что позволяет повысить точность измерения положения минимума на оси частот. providing amplification of the output voltage of the detector in such a way that the low level voltage is amplified, and the high level voltage is limited. With this conversion of the output signal of the detector, the peaks of the minima in the spectrum are sharpened, which allows to improve the accuracy of measuring the position of the minimum on the frequency axis.
Поставленная цель достигается также тем, что в состав детектора включено устройство для измерения и вычисления отношения уровней зондирующего сигнала на входе и выходе датчика, выход указанного устройства подключен к устройству измерения и управления, причем процессор устройства измерения и управления вычисляет физические параметры материала по значениям частот гармоник и по величине отношения уровней зондирующего сигнала на входе и выходе датчика.  This goal is achieved by the fact that the detector includes a device for measuring and calculating the ratio of the probing signal levels at the sensor input and output, the output of the specified device is connected to the measurement and control device, and the measurement and control device processor calculates the physical parameters of the material from the harmonic frequencies and the magnitude of the ratio of the levels of the probe signal at the input and output of the sensor.
Поставленная цель достигается также тем, что подключение первого  The goal is achieved by the fact that the connection of the first
дополнительного отрезка линии передачи к входу датчика произведено через делитель мощности, выполненный, например, в виде резистора, который включен между входом датчика и входом первого дополнительного отрезка линии передачи. Указанный резистор образует с входным сопротивлением первого дополнительного отрезка делитель напряжения. Делитель мощности выполняет две функции: An additional segment of the transmission line to the sensor input is produced through a power divider, made, for example, in the form of a resistor, which is connected between the sensor input and the input of the first additional segment of the transmission line. The specified resistor forms with the input resistance of the first additional segment of the voltage divider. The power divider performs two functions:
- обеспечивает развязку входных цепей датчика от первого дополнительного отрезка, тем самым исключает влияние этого отрезка на фазу сигнала на выходе датчика;  - provides decoupling of the input circuits of the sensor from the first additional segment, thereby eliminating the influence of this segment on the phase of the signal at the sensor output;
- уменьшает мощность сигнала на втором входе детектора.  - reduces the signal power at the second input of the detector.
Необходимость уменьшения мощности сигнала на втором входе детектора обусловлена тем, что для измерения материалов с высокой проводимостью приходится сильно увеличить мощность генератора. С помощью делителя мощности ограничивают уровень сигнала на втором входе детектора на допустимом уровне.  The need to reduce the signal power at the second input of the detector is due to the fact that to measure materials with high conductivity it is necessary to greatly increase the generator power. Using a power divider limit the signal level at the second input of the detector at an acceptable level.
Поставленная цель достигается также тем, что экранный проводник датчика выполнен в виде трубы, а сигнальный проводник датчика выполнен в виде  This goal is achieved by the fact that the screen conductor of the sensor is made in the form of a pipe, and the signal conductor of the sensor is made in the form
металлического прутка, который расположен внутри трубы или параллельно ее оси или перпендикулярно к оси трубы вдоль диаметра, на концах сигнальный проводник закреплен в электровводах, содержащих диэлектрический изолятор, каждый из электровводов расположен либо на боковой поверхности трубы, либо на торцевой заглушке трубы, соответственно, сигнальный проводник датчика имеет либо П-образную форму, либо Г-образную форму, либо форму прямого отрезка, входной и дополнительные отрезки линии передачи выполнены из коаксиального кабеля и подключены к a metal bar that is located inside the pipe or parallel to its axis or perpendicular to the axis of the pipe along the diameter; the signal conductor is fixed at the ends in electrical leads containing a dielectric insulator; each of the electrical leads is located either on the side surface of the tube or on the end cap of the tube, respectively, signal sensor conductor has either a U-shaped form, or L-shaped, or the shape of a straight line, the input and additional segments of the transmission line are made of coaxial cable and connected to
сигнальному проводнику датчика через указанные электровводы. the signal conductor of the sensor through the specified electrical inputs.
Поставленная цель достигается также тем, что на внешней поверхности трубы соосно с электровводами установлены два металлических корпуса, выполненные в виде стаканов с отверстием в дне, причем, электровводы установлены в указанных отверстиях, стаканы соединены металлическими трубками с дополнительным корпусом, внутри которого установлен детектор, дополнительные отрезки линии передачи размещены в указанных трубках.  This goal is achieved by the fact that on the outer surface of the pipe coaxially with electrical leads there are two metal housings made in the form of glasses with a hole in the bottom, moreover, electrical leads are installed in these holes, the glasses are connected by metal tubes with an additional housing inside which the detector is installed, additional sections of the transmission line are placed in the specified tubes.
Поставленная цель достигается также тем, что экранный проводник датчика выполнен в виде щита, а сигнальный проводник датчика выполнен в виде металлического прутка, который установлен на щите и имеет П-образную форму, на концах сигнальный проводник закреплен в электровводах, содержащих диэлектрический изолятор, указанные электровводы закреплены в щите, входной и дополнительные отрезки линии передачи выполнены из коаксиального кабеля и подключены к сигнальному проводнику датчика через указанные электровводы.  This goal is achieved by the fact that the screen conductor of the sensor is made in the form of a shield, and the signal conductor of the sensor is made in the form of a metal bar, which is mounted on a shield and is U-shaped, at the ends of the signal conductor is fixed in electrical inputs containing a dielectric insulator, the specified electrical inputs fixed in the shield, the input and additional segments of the transmission line are made of coaxial cable and connected to the signal conductor of the sensor through the specified electrical inputs.
Поставленная цель достигается также тем, что на внешней поверхности щита соосно с электровводами установлены два металлических корпуса, выполненные в виде стаканов с отверстием в дне, причем электровводы установлены в указанных отверстиях, внутри первого металлического корпуса, в котором находится выход сигнального проводника датчика, установлен детектор, стаканы соединены металлической трубкой, внутри которой размещен первый дополнительный отрезок линии передачи, второй дополнительный отрезок линии передачи размещен в первом металлическом корпусе.  This goal is achieved by the fact that on the outer surface of the shield coaxially with electrical leads installed two metal housing, made in the form of glasses with a hole in the bottom, and electrical leads installed in these holes, inside the first metal housing, which is the output of the signal conductor of the sensor , the glasses are connected by a metal tube, inside which the first additional section of the transmission line is placed, the second additional section of the transmission line is placed in the first meta body-crystal.
Поставленная цель достигается также тем, что проводники входного и  The goal is achieved by the fact that the conductors of the input and
дополнительных отрезков линии передачи и проводники датчика выполнены из металла, устойчивого к воздействию высоких температур, а электрическое соединение указанных проводников выполнено с помощью высокотемпературного припоя. Additional sections of the transmission line and the sensor conductors are made of metal resistant to high temperatures, and the electrical connection of the specified conductors is made using high-temperature solder.
Поставленная цель достигается также тем, что в сигнальном проводнике, выполненном в виде металлического прутка, на его торце выполнено отверстие вдоль оси прутка, внутри отверстия установлен датчик температуры, например, термопара, провода датчика температуры подключены к устройству измерения и управления, причем на выходе из отверстия в прутке указанные провода намотаны на ферритовое кольцо.  This goal is achieved by the fact that in the signal conductor, made in the form of a metal bar, at its end there is a hole along the rod axis, a temperature sensor, for example, a thermocouple, is mounted inside the hole, temperature sensor wires are connected to the measurement and control device, and the output from The holes in the bar indicated the wires are wound on a ferrite ring.
Провода датчика температуры выполнены изолированными от сигнального и экранного проводников. Благодаря намотке проводов на ферритовое кольцо они образуют дроссель, который имеет высокое сопротивление на частотах зондирующего сигнала, этим устраняется влияние проводов термодатчика на зондирующий сигнал. Измерение температуры контролируемого материала позволяет’ повысить точность измерения его влажности, так как диэлектрическая проницаемость зависит не только от содержания в материале воды, но и от его температуры. The wires of the temperature sensor are insulated from the signal and screen conductors. Due to the winding of the wires on the ferrite ring, they form a choke, which has a high resistance at the frequencies of the probing signal, this The influence of the temperature sensor wires on the probing signal is eliminated. Measurement of temperature controlled material allows' improve the accuracy of measurement of its moisture, since the dielectric constant depends not only on the water content in the material, but also on its temperature.
Поставленная цель достигается также тем, что экранный и сигнальный проводники датчика выполнены в виде параллельных стержней, причем экранный проводник может содержать либо один стержень, либо несколько параллельных стержней, в одном из которых выполнено вдоль его длины сквозное отверстие, все стержни закреплены своими концами на первом и втором металлических основаниях, причем стержни, образующие экранный проводник, закреплены на основаниях так, что образуют с основаниями электрический контакт, сигнальный проводник закреплен своими концами на основаниях посредством электровводов, содержащих диэлектрический изолятор, входной и дополнительные отрезки линии передачи выполнены из коаксиального кабеля и подключены к сигнальному проводнику датчика через указанные электровводы, при этом входной и первый дополнительный отрезки линии передачи подключены к входу датчика со стороны первого основания, второй дополнительный отрезок линии передачи подключен к выходу датчика со стороны второго металлического основания и выведен на сторону первого основания через упомянутое отверстие в стержне.  This goal is achieved also by the fact that the screen and signal conductors of the sensor are made in the form of parallel rods, and the screen conductor can contain either one rod or several parallel rods, one of which has a through hole along its length, all rods are fixed with their ends on the first and the second metal bases, the rods forming the screen conductor being fixed on the bases so that they form an electrical contact with the bases, the signal conductor is fixed by its ends on the grounds by means of electrical leads containing a dielectric insulator, the input and additional segments of the transmission line are made of coaxial cable and connected to the signal conductor of the sensor through the specified electrical leads, while the input and first additional segments of the transmission line are connected to the sensor input from the first base side, the second additional a segment of the transmission line is connected to the output of the sensor from the side of the second metal base and is brought to the side of the first base through the mentioned e hole in the rod.
Поставленная цель достигается также тем, что экранный проводник датчика выполнен в виде трубы с прорезями в ее стенках, а сигнальный проводник датчика выполнен в виде металлической трубки, которая расположена внутри упомянутой трубы параллельно ее оси, на концах сигнальный проводник закреплен в электровводах, содержащих диэлектрический изолятор, электровводы расположены на торцевых стенках трубы, подключение входного и дополнительных отрезков линии передачи к сигнальному проводнику датчика произведено через указанные электровводы, входной и  This goal is achieved by the fact that the screen conductor of the sensor is made in the form of a pipe with slots in its walls, and the signal conductor of the sensor is made in the form of a metal tube, which is located inside said pipe parallel to its axis; at the ends the signal conductor is fixed in electrical leads containing a dielectric insulator , electrical inputs are located on the end walls of the pipe, the input and additional sections of the transmission line are connected to the signal conductor of the sensor through the specified electrical inputs, input and
дополнительные отрезки линии передачи выполнены из коаксиального кабеля, второй дополнительный отрезок линии передачи, подключенный к выходу датчика, размещен внутри трубки, образующей сигнальный проводник, на выходе из трубки со стороны входа датчика указанный отрезок коаксиального кабеля намотан на ферритовое кольцо. Additional sections of the transmission line are made of a coaxial cable, the second additional section of the transmission line connected to the sensor output is placed inside the tube forming the signal conductor, and the coaxial cable segment is wound on a ferrite ring at the tube output on the input side of the sensor.
Предпочтительным назначением предлагаемого технического решения является измерение влажности сыпучих, пастообразных и жидких материалов, обладающих высокой электропроводностью. К таким материалам, относятся в частности:  The preferred purpose of the proposed technical solution is to measure the moisture content of bulk, pasty and liquid materials with high electrical conductivity. Such materials include in particular:
- каменный уголь, в том числе антрацит;  - coal, including anthracite;
- руда, железорудные концентраты;  - ore, iron ore concentrates;
- солевая пульпа (твердая поваренная соль в ее насыщенном растворе); - иловые осадки сточных вод; - salt pulp (solid table salt in its saturated solution); - Sludge wastewater;
- шламы в производстве цемента;  - sludge in cement production;
- нефтяной шлам, сырая нефть;  - oil sludge, crude oil;
- минеральные удобрения.  - mineral fertilizers.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется фиг.1- 10.  The essence of the proposed technical solution is illustrated figure 1-10.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР BRIEF DESCRIPTION OF FIGURES
На фиг.1-8 показана конструкция устройства измерения физических параметров материала в разных вариантах исполнения.  Figure 1-8 shows the design of the device for measuring the physical parameters of the material in different versions.
На фиг.9 и 10 показаны спектры выходного сигнала детектора и соответствующие им возможные варианты электрических схем детектора.  Figures 9 and 10 show the spectra of the output signal of the detector and the corresponding possible electrical circuits of the detector.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ IMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Предложенное устройство измерения физических параметров материала характеризуется следующими признаками. Устройство измерения (влагомер) содержит датчик, выполненный в виде отрезка длинной линии передачи, образованной сигнальным проводником 1 и одним или несколькими экранными проводниками 2. Пространство между проводниками 1 и 2 предназначено для заполнения контролируемым материалом. Датчик содержит вход 3 и выход 4. Вход 3 датчика подключен к выходу генератора 5 высокочастотного гармонического зондирующего сигнала, причем генератор выполнен перестраиваемым в диапазоне частот и имеет вход управления для регулировки частоты. Предложенное устройство также содержит детектор 6 и устройство 7 измерения и управления, к которому подключен вход управления генератора 5 и выход детектора 6. Детектор 6 выполнен в виде фазового дискриминатора. Детектор 6 преобразует высокочастотный зондирующий сигнал, снимаемый с входа 3 и выхода 4 датчика, в выходное напряжение низкой частоты, причем выходное напряжение достигает минимума, когда входные сигналы детектора 6 синфазны или противофазны. Детектор 6 подключен к датчику с помощью двух отрезков 8, 9 двухпроводной линии передачи, в качестве которой, как показано на фиг.1-10, применен коаксиальный кабель. При этом первый вход детектора 6 соединен с входом 3 датчика посредством первого отрезка 8 коаксиального кабеля, второй вход детектора 6 соединен с выходом 4 датчика  The proposed device for measuring the physical parameters of a material is characterized by the following features. The measurement device (moisture meter) contains a sensor made in the form of a segment of a long transmission line formed by the signal conductor 1 and one or several screen conductors 2. The space between the conductors 1 and 2 is intended for filling with a controlled material. The sensor contains input 3 and output 4. Sensor input 3 is connected to generator 5 output of a high-frequency harmonic sounding signal, the generator is tunable in the frequency range and has a control input for frequency adjustment. The proposed device also contains a detector 6 and a device 7 for measurement and control, to which the control input of the generator 5 and the output of detector 6 are connected. The detector 6 is designed as a phase discriminator. The detector 6 converts a high-frequency probe signal taken from input 3 and output 4 of the sensor into a low-frequency output voltage, with the output voltage reaching a minimum when the input signals of the detector 6 are in-phase or out-of-phase. The detector 6 is connected to the sensor using two segments 8, 9 of the two-wire transmission line, which, as shown in FIGS. 1-10, uses a coaxial cable. The first input of the detector 6 is connected to the input 3 of the sensor through the first segment 8 of the coaxial cable, the second input of the detector 6 is connected to the output 4 of the sensor
посредством второго отрезка 9. Дополнительные отрезки 8 и 9 имеют одинаковую электрическую длину. Отрезки 8, 9 на выходах, подсоединенных к входам детектора 6, выполнены согласованными, что достигается, например, подсоединением согласующих резисторов 10 и 11 параллельно выходам указанных отрезков. Сопротивление резисторов 10, 11 выбрано таким образом, что сопротивление входов детектора 6 вместе с through the second segment 9. Additional segments 8 and 9 have the same electrical length. The segments 8, 9 at the outputs connected to the inputs of the detector 6 are made consistent, which is achieved, for example, by connecting the terminating resistors 10 and 11 in parallel to the outputs of the specified segments. Resistors 10, 11 is chosen so that the resistance of the inputs of the detector 6 together with
подключенными к ним параллельно указанными резисторами, было равно волновому сопротивлению коаксиальных кабелей, из которых выполнены отрезки 8, 9. Указанное согласование обеспечивает для передаваемых по дополнительным отрезкам 8, 9 сигналов режим бегущих волн. В результате отношение уровней сигналов на входах и выходах отрезков 8, 9 остается неизменным, а при одинаковой электрической длине и разность фаз сигналов также сохраняется. connected to them in parallel by the indicated resistors, was equal to the characteristic impedance of coaxial cables, of which segments 8, 9 were made. This matching provides traveling waves for the signals transmitted over additional segments 8, 9. As a result, the ratio of the signal levels at the inputs and outputs of the segments 8, 9 remains unchanged, and with the same electrical length, the phase difference of the signals is also preserved.
Выход генератора 5 подключен к входу 3 датчика или непосредственно, или через входной отрезок 12 линии передачи, в качестве которой также может быть использован коаксиальный кабель. Подключение входного отрезка 12 и дополнительных отрезков 8, 9 выполнено следующим образом: сигнальные проводники отрезков 8, 9, 12 соединены с сигнальным проводником 1 датчика, экранные проводники указанных отрезков соединены с экранным проводником 2 датчика. Подключение первого отрезка 8 к входу 3 датчика может быть произведено через резистор 13, выполняющий функцию делителя мощности. Коэффициент деления напряжения этого делителя определяется следующим выражением:  The output of the generator 5 is connected to the input 3 of the sensor either directly or through the input section 12 of the transmission line, which can also be used as a coaxial cable. The input segment 12 and additional segments 8, 9 are connected as follows: the signal conductors of the segments 8, 9, 12 are connected to the signal conductor 1 of the sensor, the screen conductors of these segments are connected to the screen conductor 2 of the sensor. The connection of the first segment 8 to the input 3 of the sensor can be made through a resistor 13, performing the function of a power divider. The ratio of the voltage division of this divider is determined by the following expression:
(1) и out Р cab где Uin г/ i.n R + РсаЪ напряжение на входе делителя; и out напряжение на выходе делителя; (1) and out P cab where U in g / in R + Pcb is the voltage at the input of the divider; and out the voltage at the output of the divider;
Р cab— волновое сопротивление отрезка 8 линии передачи; P cab is the wave impedance of the section 8 of the transmission line;
R — сопротивление резистора 13. R is the resistance of the resistor 13.
Для выравнивания электрических длин каналов, образованных первым и вторым дополнительными отрезками 8, 9, вход второго дополнительного отрезка 9 может быть подсоединен к выходу 4 датчика через дополнительный резистор 14, аналогичный по размерам резистору 13 на входе первого отрезка 8, но сопротивление резистора 14 должно быть мало или равно нулю.  To align the electrical lengths of the channels formed by the first and second additional segments 8, 9, the input of the second additional segment 9 can be connected to the output 4 of the sensor via an additional resistor 14, similar in size to the resistor 13 at the input of the first segment 8, but the resistor 14 should be little or zero.
Как показано на фиг.1-8, сигнальный проводник 1 выполнен в виде  As shown in figure 1-8, the signal conductor 1 is made in the form
металлического прутка, который на концах закреплен в электровводах 15, содержащих диэлектрический изолятор. Электровводы 15 служат для герметизации датчика и для передачи зондирующего сигнала в область, занимаемую контролируемым материалом. metal rod, which at the ends is fixed in the electrical leads 15 containing a dielectric insulator. The electrical leads 15 serve to seal the sensor and to transfer the probe signal to the area occupied by the material being monitored.
На фиг.2-4 показаны конструкции влагомера (устройства измерения) для контроля жидких и пастообразных материалов в трубопроводе, в потоке под давлением. В этом влагомере экранный проводник 2 выполнен в виде трубы, а сигнальный проводник 1 выполнен в виде металлического прутка, который расположен внутри трубы 2. Возможны четыре варианта выполнения прутка 1 : Figure 2-4 shows the design of the moisture meter (measurement device) for the control of liquid and pasty materials in the pipeline, in the flow under pressure. In this moisture meter screen conductor 2 is made in the form of a pipe, and the signal conductor 1 made in the form of a metal bar, which is located inside the pipe 2. There are four options for performing bar 1:
а) пруток расположен внутри трубы параллельно ее оси и имеет П-образную форму, концы прутка закреплены в электровводах 15, расположенных на боковой поверхности трубы (этот вариант представлен на фиг.2);  a) the rod is located inside the pipe parallel to its axis and has a U-shape, the ends of the rod are fixed in the electrical inlets 15 located on the side surface of the pipe (this variant is shown in figure 2);
б) пруток расположен внутри трубы параллельно ее оси и имеет Г -образную форму, концы прутка закреплены в электровводах 15, один из которых расположен на боковой поверхности трубы, а второй - на торцевой заглушке трубы (этот вариант представлен на фиг.З);  b) the bar is located inside the pipe parallel to its axis and is L-shaped, the ends of the bar are fixed in the electrical leads 15, one of which is located on the side surface of the pipe, and the second is on the end cap of the pipe (this option is shown in FIG. 3);
в) пруток расположен внутри трубы параллельно ее оси и имеет форму прямого отрезка, концы прутка закреплены в электровводах 15, расположенных на торцевых заглушках с противоположных концов трубы;  C) the rod is located inside the pipe parallel to its axis and has the shape of a straight line, the ends of the rod are fixed in the electrical leads 15 located on the end caps from opposite ends of the pipe;
г) пруток расположен внутри трубы перпендикулярно ее оси вдоль диаметра трубы, имеет форму прямого отрезка, концы прутка закреплены в электровводах 15, расположенных на боковой стенке трубы с противоположных ее сторон (этот вариант представлен на фиг.4).  d) the rod is located inside the pipe perpendicular to its axis along the diameter of the pipe, has the shape of a straight line, the ends of the rod are fixed in electrical leads 15 located on the side wall of the pipe from its opposite sides (this option is shown in figure 4).
На фиг.2-4 показаны варианты конструкции влагомера, у которого на внешней поверхности трубы 2 соосно с электровводами 15 установлены два металлических корпуса 16, выполненные в виде стаканов с отверстием в дне, причем электровводы 15 установлены в указанных отверстиях. На фиг.2 показан вариант, в котором к корпусам 16 с помощью металлических трубок 17 прикреплен дополнительный корпус 18. В корпусе 18 размещен детектор 6, а отрезки 8, 9 кабелей подведены к детектору 6 через трубки 17. Влагомер такой конструкции может использоваться для контроля материалов с  Figures 2 to 4 show variants of a moisture meter design in which two metal housings 16 are installed coaxially with electrical leads 15 on the outer surface of pipe 2, made in the form of glasses with a hole in the bottom, with electrical leads 15 installed in these holes. FIG. 2 shows a variant in which an additional housing 18 is attached to the housings 16 by means of metal tubes 17. The detector 6 is placed in the housing 18, and the cable segments 8, 9 are connected to the detector 6 through the tubes 17. A moisture meter of this design can be used to monitor materials with
экстремальными температурами. Электронные компоненты детектора 6 термически изолированы от контролируемого материала. Г енератор 5 и устройство 7 измерения и управления размещаются в отдельном корпусе 27 на расстоянии от датчика и соединены с датчиком только кабелями. extreme temperatures. The electronic components of the detector 6 are thermally isolated from the controlled material. Generator 5 and measurement and control device 7 are placed in a separate housing 27 at a distance from the sensor and connected to the sensor by cables only.
На фиг.5 показан влагомер в варианте исполнения, предназначенном для контроля сыпучих материалов в бункерах, лотках, в шнеках или на лентах конвейера. У этого варианта экранный проводник 2 выполнен в виде щита, а сигнальный проводник 1 выполнен в виде металлического прутка П-образной формы и закреплен на щите 2 посредством электровводов 15, содержащих диэлектрический изолятор. Входной отрезок 12 и дополнительные отрезки 8, 9 выполнены из коаксиального кабеля и подключены к сигнальному проводнику 1 датчика через указанные электровводы 15. На внешней поверхности щита 2 соосно с электровводами 15 установлены два металлических корпуса 16, выполненные в виде стаканов с отверстием в дне, причем, электровводы 15 Figure 5 shows the moisture meter in the version designed to control bulk materials in bins, trays, augers or conveyor belts. In this variant, the screen conductor 2 is made in the form of a shield, and the signal conductor 1 is made in the form of a metallic U-shaped bar and is fixed to the shield 2 by means of electrical leads 15 containing a dielectric insulator. The input segment 12 and additional segments 8, 9 are made of coaxial cable and connected to the signal conductor 1 of the sensor through the indicated electrical leads 15. On the outer surface of the shield 2, two metal shells are installed coaxially with the electrical leads 15 16, made in the form of glasses with a hole in the bottom, moreover, electrical leads 15
установлены в указанных отверстиях. Внутри первого металлического корпуса 16, в котором находится выход 4 сигнального проводника 1 , установлен детектор 6, стаканы соединены металлической трубкой 17. Внутри трубки 17 размещен отрезок 8 installed in the indicated holes. Inside the first metal housing 16, in which the output 4 of the signal conductor 1 is located, a detector 6 is installed, the glasses are connected by a metal tube 17. A length of 8 is placed inside the tube 17
коаксиального кабеля, второй отрезок 9 коаксиального кабеля размещен в первом металлическом корпусе 16. coaxial cable, the second segment 9 of the coaxial cable is placed in the first metal housing 16.
На торце прутка 1 вдоль его оси выполнено отверстие 18. Внутри отверстия 18 установлен датчик температуры 19 (например, термопара), подключенный к устройству 7 измерения и управления. Изолированные провода датчика 19 на выходе из отверстия 18 намотаны на ферритовое кольцо 20, образующее дроссель для токов высокой частоты. Такое решение исключает влияние датчика температуры 19 на измерения зондирующего сигнала.  A hole 18 is made at the end of the bar 1 along its axis. Inside the hole 18 there is a temperature sensor 19 (for example, a thermocouple) connected to the measurement and control device 7. Insulated wire sensor 19 at the outlet of the hole 18 is wound on a ferrite ring 20, forming a choke for high frequency currents. This solution eliminates the influence of the temperature sensor 19 on the measurement of the probing signal.
На фиг.6 показан вариант датчика погружного влагомера, который может быть использован для контроля сыпучих материалов в гуртах, амбарах, вагонах, в кузовах автомашин, а также при хранении и переработке сыпучих материалов непосредственно на местах отбора проб. Этот же вариант может быть применен для контроля жидких и пастообразных материалов в резервуарах. У этого варианта влагомера сигнальный 1 и экранный 2 проводники датчика выполнены в виде параллельных стержней, причем экранный проводник 2 может содержать либо один стержень, либо несколько  Figure 6 shows a variant of the sensor immersion moisture meter, which can be used to control bulk materials in herds, barns, cars, in car bodies, as well as during storage and processing of bulk materials directly at the sampling sites. The same option can be applied to control liquid and pasty materials in tanks. This version of the moisture meter signal 1 and screen 2 sensor conductors are made in the form of parallel rods, and screen conductor 2 can contain either one rod or several
параллельных стержней. В одном из стержней 2 выполнено вдоль его длины сквозное отверстие. Все стержни закреплены своими концами на первом и втором металлических основаниях 21 и 22, причем стержни, образующие экранный проводник 2, закреплены так, что образуют с основаниями 21 и 22 электрический контакт. Сигнальный проводник 1 закреплен своими концами на основаниях 21, 22 посредством электровводов 15, содержащих диэлектрический изолятор. Отрезки 8, 9 и 12 линии передачи выполнены из коаксиального кабеля и подключены к сигнальному проводнику 1 датчика через электровводы 15. Входной отрезок 12 и первый отрезок 8 кабеля подключены к входу 3 датчика со стороны первого основания 21, а второй отрезок 9 подключен к выходу 4 датчика со стороны второго металлического основания 22 и выведен на сторону первого основания 21 через упомянутое отверстие в стержне 2. parallel rods. In one of the rods 2, a through hole is made along its length. All rods are fixed with their ends on the first and second metal bases 21 and 22, and the rods forming the screen conductor 2 are fixed so that they form electrical contact with the bases 21 and 22. The signal conductor 1 is fixed at its ends on the bases 21, 22 by means of electrical leads 15 containing a dielectric insulator. Sections 8, 9 and 12 of the transmission line are made of coaxial cable and connected to the signal conductor 1 of the sensor via electrical leads 15. The input segment 12 and the first segment 8 of the cable are connected to input 3 of the sensor from the first base 21, and the second segment 9 is connected to output 4 sensor from the side of the second metal base 22 and displayed on the side of the first base 21 through the said hole in the rod 2.
На фиг.7 и 8 показан вариант датчика погружного влагомера, который  7 and 8 shows a variant of the sensor immersion moisture meter, which
предназначен для контроля жидких материалов в резервуарах и в трубопроводах. У этого варианта экранный проводник 2 датчика образован металлической трубой, причем в стенках трубы выполнены прорези 23, через которые происходит заполнение датчика контролируемым материалом. Сигнальный проводник 1 датчика выполнен в виде металлической трубки, которая расположена внутри трубы 2 параллельно ее оси. На концах трубка 1 закреплена в электровводах 15, содержащих диэлектрический изолятор. Электровводы 15 расположены на торцевых стенках трубы 2. Подключение отрезков 8, 9 и 12 линии передачи к сигнальному проводнику датчика произведено через указанные электровводы, причем указанные отрезки выполнены из коаксиального кабеля, содержащего изолирующую оболочку. Отрезок 9 кабеля, подключенный к выходу 4 датчика, размещен внутри трубки 1. На выходе из трубки 1 со стороны входа 3 датчика отрезок 9 коаксиального кабеля намотан на ферритовое кольцо 20. Такое решение обеспечивает подавление паразитной электромагнитной связи между входом 3 датчика и экранным проводником коаксиального кабеля 9. Для установки на трубопроводе датчик снабжен фланцем 24. Предлагаемый датчик может применяться также для контроля жидких материалов в резервуарах, в этом случае вместо фланца 24 на датчике выполняют штуцер с резьбовым соединением для крепления датчика к трубе, причем выходящие из датчика кабели пропускают через указанную трубу. designed to control liquid materials in tanks and in pipelines. In this variant, the screen conductor 2 of the sensor is formed by a metal pipe, and in the pipe walls there are slots 23 through which the sensor is filled with the controlled material. The signal conductor 1 sensor is made in the form metal tube, which is located inside the pipe 2 parallel to its axis. At the ends of the tube 1 is fixed in the electrical inlets 15 containing a dielectric insulator. The electrical leads 15 are located on the end walls of the pipe 2. The segments 8, 9 and 12 of the transmission line are connected to the signal conductor of the sensor through the specified electrical leads, and these segments are made of a coaxial cable containing an insulating sheath. A cable section 9 connected to the sensor output 4 is placed inside the tube 1. At the output of the tube 1 on the input 3 side of the sensor, a segment 9 of the coaxial cable is wound on a ferrite ring 20. This solution suppresses the parasitic electromagnetic coupling between the sensor input 3 and the coaxial screen conductor cable 9. For installation on the pipeline, the sensor is equipped with a flange 24. The proposed sensor can also be used to control liquid materials in tanks; in this case, instead of flange 24, a fitting with threaded connection for mounting the sensor to the pipe, and the cables coming out of the sensor pass through the specified pipe.
На фиг.9 и 10 показаны два возможных варианта спектров сигналов, по которым определяют частоты гармоник: графики зависимости от частоты напряжения ^et на выходе детектора 6 и напряжения Ua На выходе усилителя 25 с нелинейной Figures 9 and 10 show two possible variants of the spectra of signals, which determine the frequency of the harmonics: graphs of the frequency of the voltage ^ et at the output of the detector 6 and the voltage U a H and the output of the amplifier 25 with a nonlinear
характеристикой. На этих же фигурах приведены эквивалентные схемы детектора 6, выполненного в виде фазового дискриминатора, причем на фиг.9 показаны спектр и схема детектора, у которого минимум выходного сигнала достигается при синфазных входных сигналах. На фиг.10 показаны спектр и схема детектора, у которого минимум выходного сигнала достигается при противофазных входных сигналах. Для characteristic. In the same figures, equivalent circuits of the detector 6, made in the form of a phase discriminator, are shown, with figure 9 showing the spectrum and circuit of the detector, in which the minimum output signal is achieved with in-phase input signals. Figure 10 shows the spectrum and circuit of the detector, in which the minimum output signal is achieved with antiphase input signals. For
формирования такой характеристики на входах детектора 6 включены трансформаторы 26, которые обеспечивают сдвиг фаз на 180° одного входного сигнала детектора относительно его второго сигнала, для этого вторичная обмотка одного трансформатора 26 включена синфазно с его первичной обмоткой, а у другого трансформатора 26 вторичная обмотка включена противофазно с первичной обмоткой. Forming such a characteristic at the inputs of the detector 6, transformers 26 are turned on, which provide a 180 ° phase shift of one detector input signal relative to its second signal; with primary winding.
Изготовленные по данному техническому решению образцы влагомеров выполнены как сборка из двух модулей: датчика и электронного блока 27. В состав электронного блока входят генератор 5 и устройство 7 измерения и управления. Такое решение имеет то достоинство, что электронные блоки для всех вариантов влагомера - идентичные, взаимозаменяемые. Влагомеры отличаются только датчиками, конструкция которых зависит от измеряемого материала и условий измерения (в трубопроводе, в резервуаре, в бункере, в лотке и т.п.). Устройство измерения физических параметров материала работает следующим образом. Генератор 5 перестраивают в диапазоне рабочих частот посредством устройства 7 измерения и управления. Сформированный генератором 5 гармонический Made on this technical solution samples moisture meters made as an assembly of two modules: a sensor and an electronic unit 27. The electronic unit includes a generator 5 and a device 7 for measurement and control. This solution has the advantage that the electronic components for all versions of the moisture meter are identical, interchangeable. Moisture meters differ only in sensors whose design depends on the material to be measured and the measurement conditions (in the pipeline, in the tank, in the bunker, in the tray, etc.). A device for measuring the physical parameters of the material works as follows. The generator 5 is rearranged in the range of operating frequencies by means of the device 7 measurement and control. Formed by generator 5 harmonic
зондирующий сигнал подают на вход 3 датчика либо непосредственно, либо через отрезок 12 линии передачи. Фазу зондирующего сигнала, прошедшего на выход 4 датчика, сравнивают с фазой сигнала на входе 3 датчика. Указанное сравнение фаз производят в детекторе 6. Напряжения зондирующего сигнала с входа 3 и с выхода 4 датчика подают на входы детектора 6 через дополнительные отрезки 8, 9 линии передачи. При перестройке генератора 5 измеряют напряжение на выходе детектора 6 и находят частоту или несколько частот, на которых напряжение на выходе детектора 6 достигает минимума. Эти частоты являются частотами гармоник. the probing signal is fed to the input 3 of the sensor either directly or through a segment 12 of the transmission line. The phase of the probing signal transmitted to the output 4 of the sensor is compared with the phase of the signal at the input 3 of the sensor. The specified phase comparison is made in the detector 6. The voltage of the probing signal from input 3 and from output 4 of the sensor is fed to the inputs of the detector 6 through additional sections 8, 9 of the transmission line. When the restructuring of the generator 5 measure the voltage at the output of the detector 6 and find the frequency or several frequencies at which the voltage at the output of the detector 6 reaches a minimum. These frequencies are harmonic frequencies.
Частоты гармоник характеризуются тем, что на этих частотах длина сигнального проводника 1 датчика равна или кратна половине длины волны зондирующего сигнала в материале, заполняющем датчик. Такое определение частоты гармоники тождественно следующему определению: на частоте гармоники фазовый сдвиг зондирующего сигнала по длине датчика равен или кратен 180°. Для точного измерения фазового набега зондирующего сигнала, приходящегося на датчик, отрезки 8, 9 линии имеют равные электрические длины и в них создан режим бегущих волн.  The harmonic frequencies are characterized by the fact that at these frequencies the length of the signal conductor 1 of the sensor is equal to or a multiple of half the wavelength of the probing signal in the material filling the sensor. This definition of the harmonic frequency is identical to the following definition: at the harmonic frequency, the phase shift of the probing signal along the sensor length is equal to or a multiple of 180 °. To accurately measure the phase shift of the probing signal per sensor, the 8, 9 line segments have equal electrical lengths and a traveling wave mode is created in them.
Необходимо отметить главную особенность предложенного технического решения, принципиально отличающую его от известных фазовых методов измерения влажности. В известных решениях фактически измеряют суммарный фазовый сдвиг зондирующего сигнала, прошедшего через датчик с контролируемым материалом и через подсоединенные к датчику отрезки линии передачи. Но суммарный фазовый сдвиг сигнала зависит от соотношения волновых сопротивлений линии передачи датчика и подключенных к датчику отрезков линии передачи. Для разных контролируемых материалов, а также при изменении влажности контролируемого материала волновое сопротивление линии передачи датчика меняется. В результате по измеренной фазе нельзя точно определить величину фазового набега, приходящегося непосредственно на отрезок линии передачи датчика. Такая неопределенность в измерениях не позволяет точно измерить диэлектрические параметры материала.  It is necessary to note the main feature of the proposed technical solution, which fundamentally distinguishes it from the known phase moisture measurement methods. In the known solutions, the total phase shift of the probe signal transmitted through the sensor with the monitored material and through the segments of the transmission line connected to the sensor is actually measured. But the total phase shift of the signal depends on the ratio of the wave impedances of the transmission line of the sensor and the segments of the transmission line connected to the sensor. For different controlled materials, as well as when the humidity of the controlled material changes, the characteristic impedance of the sensor's transmission line changes. As a result, it is not possible to accurately determine the phase shift value directly on a segment of the transmission line of the sensor from the measured phase. Such uncertainty in measurements does not allow accurate measurement of the dielectric parameters of the material.
В предложенном техническом решении указанная неопределенность в измерениях устранена благодаря использованию следующего свойства двух включенных каскадно отрезков длинных линий передачи: если длина первого (входного) отрезка равна или кратна половине длины волны, то на суммарный фазовый сдвиг сигнала на выходе второго отрезка не влияет волновое сопротивление первого отрезка. In the proposed technical solution, the specified uncertainty in the measurements is eliminated by using the following property of two cascaded segments of long transmission lines: if the length of the first (input) segment is equal to or a multiple of half the wavelength, then the total phase shift of the signal at the output of the second segment is not affected by the characteristic impedance of the first segment.
Это свойство длинных линий и является основой предложенного технического решения. Данную особенность предложенного решения можно сформулировать и так: измерения диэлектрических параметров производят в момент, когда на эти измерения не влияет соотношение волновых сопротивлений линии передачи датчика и подключенных к датчику отрезков линии передачи.  This property of long lines is the basis of the proposed technical solution. This feature of the proposed solution can be formulated as follows: measurements of dielectric parameters are made at the moment when these measurements are not affected by the ratio of the wave impedances of the transmission line of the sensor and the segments of the transmission line connected to the sensor.
По длине сигнального проводника 1 датчика и частоте зондирующего сигнала, на которой укладывается на этой длине известное целое число полуволн, можно определить фазовую скорость зондирующего сигнала в материале датчика и по ней определить диэлектрическую проницаемость и остальные физические параметры. В предложенном решении, как и в первом аналоге, а также как и в прототипе, диэлектрические параметры находят путем измерения частот гармоник при заполнении датчика контролируемым материалом и при заполнении его воздухом.  From the length of the signal conductor 1 of the sensor and the frequency of the probing signal, at which the known integer number of half-waves fit within this length, one can determine the phase velocity of the probing signal in the sensor material and determine the dielectric constant and other physical parameters from it. In the proposed solution, as in the first analogue, as well as in the prototype, dielectric parameters are found by measuring the harmonic frequencies when the sensor is filled with a controlled material and when it is filled with air.
По отношению указанных частот гармоник определяют показатель преломления The ratio of these harmonic frequencies determine the refractive index
Yl материала, точнее, его действительную составляющую, с помощью следующего выражения: Yl material, more precisely, its actual component, using the following expression:
(2)  (2)
П /'  P /'
'M м  'M m
где f; f, частота гармоники с номером
Figure imgf000020_0001
при заполнении датчика where f; f, harmonic frequency with number
Figure imgf000020_0001
when filling the sensor
контролируемым материалом;  controlled material;
— частота гармоники с номером i при заполнении датчика воздухом; - harmonic frequency with the number i when the sensor is filled with air;
I номер гармоники. I number harmonics.
Номер гармоники ΐ равен количеству полуволн, «укладывающихся» на длине L сигнального проводника 1 датчика:  The harmonic number ΐ is equal to the number of half-waves “stacked” on the length L of the signal conductor 1 of the sensor:
г
Figure imgf000020_0002
в среде материала, заполняющего датчик, причем номер гармоники I — 1, 2, 3, ... . Измерения частот гармоник выполняют поочередно при заполнении датчика воздухом и при заполнении его контролируемым материалом. В зависимости от ширины диапазона перестройки в результате измерений можно получить значения частот ряда гармоник. Измерение частоты гармоники при воздушном заполнении датчика достаточно выполнить один раз при изготовлении прибора и эти данные занести в память процессора устройства измерения 7. При эксплуатации влагомера повторное измерение при воздушном заполнении может потребоваться только для метрологической поверки. g
Figure imgf000020_0002
in the medium of the material filling the sensor, the harmonic number I being 1, 2, 3, .... The harmonic frequencies are measured alternately when the sensor is filled with air and when filled with a controlled material. Depending on the width of the tuning range, as a result of measurements, it is possible to obtain frequency values of a number of harmonics. Measurement of the harmonic frequency during the air filling of the sensor is enough to be performed once during the manufacture of the device and this data is stored in the processor memory of the measuring device 7. When the moisture meter is in operation, a second measurement with air filling may be required only for metrological verification.
Для обеспечения высокой точности предпочтительнее работа с низшими гармониками. В большинстве практических случаев достаточно проводить измерения только на первой или второй гармониках (г = 1 или 2). Для измерений на второй гармонике необходим детектор 6, у которого минимум выходного напряжения
Figure imgf000021_0001
достигается при синфазных сигналах на входах, то есть когда его входные сигналы имеют фазовый сдвиг f =360°, 720°, ... . Этот вариант показан на фиг.9. На фиг.10 представлен спектр и вариант детектора при измерении на первой гармонике. У показанного на фиг.10 детектора 6 минимум выходного сигнала достигается, когда его входные сигналы противофазны, то есть сдвиг фаз между ними равен f =180°, 540°, ... . Фазовый дискриминатор, схема которого показана на фиг.9 и 10, содержит полупроводниковый диод, который подключен к цепям зондирующего сигнала через разделительные конденсаторы. Выходное напряжение дискриминатора снимается непосредственно с полупроводникового диода и передается на выход детектора 6 через резисторы, сопротивление которых на порядок больше, чем сопротивления резисторов 10, 11. To ensure high accuracy, it is preferable to work with lower harmonics. In most practical cases it is sufficient to carry out measurements only on the first or second harmonics (r = 1 or 2). For measurements on the second harmonic, a detector 6 is needed, which has a minimum output voltage
Figure imgf000021_0001
achieved with common-mode signals at the inputs, that is, when its input signals have a phase shift f = 360 °, 720 °, .... This option is shown in Fig.9. Figure 10 presents the spectrum and variant of the detector when measured at the first harmonic. In the detector 6 shown in FIG. 10, the output signal minimum is reached when its input signals are antiphase, that is, the phase shift between them is equal to f = 180 °, 540 °, .... The phase discriminator, the circuit of which is shown in FIGS. 9 and 10, contains a semiconductor diode, which is connected to the probing signal circuits through isolating capacitors. The output voltage of the discriminator is removed directly from the semiconductor diode and transmitted to the output of the detector 6 through resistors, the resistance of which is an order of magnitude greater than the resistance of resistors 10, 11.
Отметим, что представленные на фиг.9, 10 схемы фазового дискриминатора - упрощенные, но выполненный буквально по этим схемам детектор работоспособен. Note that the phase discriminator circuits shown in FIGS. 9, 10 are simplified, but the detector, made literally according to these circuits, is operational.
В отличие от требований, предъявляемых к фазовому детектору известных технических решений (второй аналог), к фазовому дискриминатору по данному техническому предложению предъявляются иные требования, в частности, линейность преобразования разности фаз входных сигналов в дискриминаторе не имеет значения. Соответственно, и принцип контроля совпадения фаз (или противофазности) входных сигналов иной, чем при непрерывном измерении фазы. Точность фиксации совпадения фаз (противофазности) сигналов намного выше, чем точность измерения произвольного значения фазы в диапазоне 0 - 360°. Поэтому точность измерения физических параметров по предлагаемому решению значительно выше и обеспечивается, в том числе, и для материалов, значительно ослабляющих зондирующий сигнал. В предлагаемом решении одновременно решена проблема неоднозначности измерения фазы, присущая второму аналогу: измеряемая на фиксированной частоте фаза сигнала, прошедшего через материал с высокой диэлектрической проницаемостью, может многократно превышать 360°. В предлагаемом техническом решении эта проблема решается выбором нижней частоты диапазона перестройки генератора: указанная частота должна быть ниже, чем частота первой (или второй) гармоник. Если из-за высокой диэлектрической проницаемости материала это требование выполнить не удается, то применяют решение, описанное в патентах первого аналога и прототипа: показатель преломления ? определяют через разность частот соседних гармоник. Unlike the requirements for the phase detector of the known technical solutions (the second analogue), the technical discriminator for the phase discriminator has other requirements, in particular, the linearity of the transformation of the phase difference of the input signals in the discriminator does not matter. Accordingly, the principle of control of phase matching (or antiphase) of the input signals is different than with continuous phase measurement. The accuracy of fixing the phase coincidence (antiphase) of signals is much higher than the accuracy of measuring an arbitrary phase value in the range of 0 - 360 °. Therefore, the accuracy of measuring the physical parameters of the proposed solution is much higher and is ensured, including for materials that significantly weaken the probe signal. In the proposed solution, the problem of phase measurement ambiguity inherent in the second analogue is simultaneously solved: the phase of a signal transmitted through a material with a high dielectric constant, measured at a fixed frequency, can exceed 360 ° many times. In the proposed technical solution, this problem is solved by choosing the lower frequency of the generator tuning range: the indicated frequency must be lower than the frequency of the first (or second) harmonics. If, due to the high dielectric constant of the material, this requirement cannot be fulfilled, then the solution described in the patents of the first analogue and prototype is used: refractive index? determined through the frequency difference of neighboring harmonics.
Приведенный в формуле (2) показатель преломления М в технической литературе также называют коэффициентом замедления или коэффициентом укорочения длины волны. Этот параметр связан с диэлектрической проницаемостью £г материала при низких диэлектрических потерях следующим соотношением:
Figure imgf000022_0001
The refractive index M given in formula (2) in the technical literature is also called the deceleration coefficient or the wavelength shortening coefficient. This parameter is related to the dielectric constant £ g of the material at low dielectric losses by the following relation:
Figure imgf000022_0001
По измеренному значению (или ^ г ) определяют влажность материала или другие физические параметры, влияющие на диэлектрическую проницаемость, например, концентрацию смеси веществ, плотность. Для вычислений используются записанные в процессор устройства 7 калибровочные таблицы, связывающие измеряемый параметр со значениями М (или г ). Для определения влажности одновременно измеряют температуру контролируемого материала. В изготовленных по данному техническому решению влагомерах калибровочные таблицы записаны для четырех значений The measured value (or g ) determines the moisture content of the material or other physical parameters that affect the dielectric constant, for example, the concentration of a mixture of substances, density. For calculations, the calibration tables recorded in the processor of the device 7 are used, which relate the measured parameter to the values of M (or g ). To determine the humidity at the same time measure the temperature of the controlled material. In the moisture meters manufactured according to this technical solution, calibration tables are recorded for four values.
температур из возможного рабочего диапазона. Построение калибровочной таблицы для конкретной температуры влагомер производит автоматически путем интерполяции между таблицами с ближайшими значениями температур, записанных в память temperatures from a possible working range. The moisture meter automatically generates a calibration table for a specific temperature by interpolating between the tables with the closest temperatures recorded in the memory.
процессора устройства 7. device processor 7.
При высокой электропроводности контролируемого материала его  With a high electrical conductivity of the material being monitored
диэлектрические параметры становятся комплексными. Комплексную диэлектрическую проницаемость
Figure imgf000022_0002
определяют через комплексный показатель преломления $ на основе следующих соотношений:
Figure imgf000022_0003
Действительную часть М комплексного показателя преломления fcn-jk определяют по формуле (2), мнимую составляющую к определяют по ослаблению зондирующего сигнала в контролируемом материале. Для измерения к в состав детектора 6 включено устройство для измерения и вычисления отношения напряженийdielectric parameters become complex. Complex dielectric constant
Figure imgf000022_0002
determined through a complex refractive index $ based on the following relationships:
Figure imgf000022_0003
The real part M of the complex refractive index fcn-jk is determined by formula (2), the imaginary component k is determined by the attenuation of the probe signal in the controlled material. For measuring k, a device for measuring and calculating the stress ratio is included in the detector 6
Ui , U\ зондирующего сигнала, соответственно, на входе 3 и выходе 4 датчика. По отношению U3 /U4 , характеризующему ослабление зондирующего сигнала в материале, определяют мнимую составляющую к по формуле:
Figure imgf000023_0001
где ,lLO— длина волны в воздухе; Ui, U \ of the probing signal, respectively, at input 3 and output 4 of the sensor. The ratio U 3 / U 4 characterizing the attenuation of the probing signal in the material, determine the imaginary component to by the formula:
Figure imgf000023_0001
where , l L O is the wavelength in the air;
-L— длина сигнального проводника 1 датчика. -L is the length of the signal conductor 1 sensor.
При расчете отношения U3 IU4 учитывают коэффициент деления напряжения, приведенный в выражении (1). When calculating the ratio U 3 IU 4 take into account the voltage dividing factor, given in expression (1).
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет определить комплексные значения диэлектрических параметров, что повышает точность измерения материалов, обладающих электрической проводимостью.  Thus, the proposed technical solution allows to determine the complex values of the dielectric parameters, which improves the accuracy of measurement of materials with electrical conductivity.
Поиск минимумов в спектре выходного сигнала детектора 6 и вычисление по ним частот гармоник может выполняться по одному из приведенных ниже алгоритмов.  The search for minima in the output spectrum of the detector 6 and the calculation of harmonic frequencies from them can be performed using one of the following algorithms.
Алгоритм 1.  Algorithm 1.
Генератор 5 перестраивают в диапазоне частот дискретными шагами и на каждом шаге перестройки фиксируют напряжение, измеренное с помощью детектора 6. По набору измеренных значений напряжения, полученному для всего диапазона частот перестройки, определяют частоты гармоник. По найденным значениям частот гармоник процессор устройства 7 вычисляет показатель преломления YI материала. Далее, по калибровочным характеристикам контролируемого материала с учетом его температуры процессор вычисляет физические параметры этого материала. Для обеспечения работы по данному алгоритму генератор 5 выполнен в виде синтезатора, который формирует частоту зондирующего сигнала по цифровому коду, задаваемому устройством 7 измерения и управления.  The generator 5 is tuned in the frequency range in discrete steps and the voltage measured with the detector 6 is recorded at each tuning step. The harmonic frequencies are determined from the set of measured voltage values obtained for the entire tuning frequency range. The found values of the frequencies of the harmonics of the processor device 7 calculates the refractive index YI of the material. Further, according to the calibration characteristics of the monitored material, taking into account its temperature, the processor calculates the physical parameters of this material. To ensure the work of this algorithm, the generator 5 is made in the form of a synthesizer, which generates the frequency of the probing signal by the digital code defined by the device 7 measurement and control.
Алгоритм 2. Генератор 5 перестраивают в диапазоне частот непрерывно до обнаружения минимума напряжения Udet . Далее генератор 5 переводят в режим автосопровождения - автоматической подстройки под частоту минимума. При нахождении минимума производят отсчет частоты генератора 5 и далее, как и в предыдущем алгоритме, вычисляют показатель преломления, по которому определяют физические параметры контролируемого материала. Для реализации данного алгоритма в устройство 7 введены аналоговый узел, выполненный с возможностью перестройки частоты генератора 5 до достижения минимума на выходе детектора 6, и узел измерения частоты генератора 5. Algorithm 2. The generator 5 is tuned in the frequency range continuously until the detection of the minimum voltage U det . Next, the generator 5 is transferred to the auto tracking mode - automatic adjustment to the minimum frequency. When a minimum is found, the generator frequency 5 is counted and then, as in the previous algorithm, the refractive index is calculated, which is used to determine the physical parameters of the material being monitored. To implement this algorithm, an analog node was introduced into the device 7, which was configured to tune the frequency of the generator 5 until the minimum at the output of the detector 6 was reached, and the node measuring the frequency of the generator 5.
Для повышения точности измерения частот гармоник в состав устройства 7 введен усилитель 25 с нелинейной амплитудной характеристикой, обеспечивающий усиление выходного напряжения детектора 6 таким образом, что напряжение низкого уровня усиливается, а напряжение высокого уровня ограничивается. В спектрах, показанных на фиг. 9 и 10, минимумы напряжения Ua обостряются, что позволяет повысить точность измерения частоты минимума. To improve the accuracy of harmonic frequency measurement, an amplifier 25 with a nonlinear amplitude characteristic is introduced into the device 7, providing amplification of the output voltage of the detector 6 so that the low level voltage is amplified and the high level voltage is limited. In the spectra shown in FIG. 9 and 10, the voltage minima U a are aggravated, which allows to increase the accuracy of the minimum frequency measurement.
В предлагаемом техническом решении, как и в прототипе, детектор 6 подключен к датчику через отрезки линий передачи, это позволяет разместить полупроводниковые радиоэлементы устройства измерения на удалении от конструктивных элементов датчика, непосредственно соприкасающихся с контролируемым материалом. Для измерения материалов при экстремальных температурах проводники входного 12 и дополнительных отрезков 8, 9 линии передачи и проводники 1, 2 датчика выполнены из металла, устойчивого к воздействию высоких температур, а электрическое соединение указанных проводников выполнено с помощью высокотемпературного припоя.  In the proposed technical solution, as in the prototype, the detector 6 is connected to the sensor through segments of transmission lines, this allows you to place the semiconductor radioelements of the measurement device at a distance from the structural elements of the sensor in direct contact with the material being monitored. For measuring materials at extreme temperatures, the conductors of the input 12 and additional segments 8, 9 of the transmission line and the conductors 1, 2 of the sensor are made of metal resistant to high temperatures, and the electrical connection of the specified conductors is made using high-temperature solder.
Одно из преимуществ предложенного технического решения состоит в том, что в отличие от известных решений, в предложенном измерение проводящих материалов обеспечено без установки диэлектрических трубок поверх сигнального проводника. Это позволяет применять влагомеры на абразивных материалах, а также на сыпучих  One of the advantages of the proposed technical solution is that, in contrast to the known solutions, the proposed measurement of conductive materials is provided without installing dielectric tubes over the signal conductor. This allows the use of moisture meters on abrasive materials, as well as on loose
материалах с крупными фракциями. Для указанных применений сигнальный проводник датчика выполняют из коррозионностойкой закаленной стали, например, марки 40X13 (AISI 420). materials with large fractions. For these applications, the signal conductor of the sensor is made of corrosion-resistant hardened steel, for example, 40X13 (AISI 420).
Проведенные испытания изготовленных образцов устройства измерения  Tests of manufactured measurement device samples
физических параметров (влагомера) подтвердили эффективность предлагаемого технического решения. В качестве примера приведем результаты испытаний physical parameters (moisture meter) confirmed the effectiveness of the proposed technical solution. As an example, we give the test results
изготовленного образца влагомера на водных растворах соли NaCl, причем, как ненасыщенных, так и насыщенных и содержащих нерастворенную твердую фазу. sample of the moisture meter on aqueous solutions of the salt NaCl, and, as unsaturated, and saturated and containing undissolved solid phase.
Основные параметры влагомера: The main parameters of the moisture meter:
- длина сигнального проводника датчика равна 100 мм;  - the length of the signal conductor of the sensor is 100 mm;
- детектор выполнен в варианте, для которого минимум выходного сигнала соответствует противофазным входным сигналам (фиг.10);  - the detector is made in the variant for which the minimum of the output signal corresponds to antiphase input signals (figure 10);
- диапазон перестройки генератора 2... 390 МГц;  - generator tuning range 2 ... 390 MHz;
- допустимый уровень ослабления зондирующего сигнала в датчике - не менее бОдБ;  - the permissible level of attenuation of the probe signal in the sensor is not less than BODB;
- диапазон измерений показателя преломления П = 4...120.  - the measurement range of the refractive index P = 4 ... 120.
Влагомер обеспечивает измерения диэлектрических параметров и содержания воды во всем диапазоне от чистой воды до суспензии, в которой отношение твердой фазы к жидкой составляет 100%.  The moisture meter provides measurements of dielectric parameters and water content in the whole range from pure water to suspension, in which the ratio of the solid phase to the liquid is 100%.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ измерения физических параметров контролируемого материала, в котором применяют:  1. A method of measuring the physical parameters of the monitored material, which use:
(а) датчик, выполненный в виде отрезка длинной линии передачи с сигнальным проводником и одним или несколькими экранными проводниками,  (a) a sensor made in the form of a segment of a long transmission line with a signal conductor and one or several screen conductors,
(б) генератор,  (b) a generator,
(в) детектор,  (c) a detector
(г) первый дополнительный отрезок линии передачи,  (d) the first additional section of the transmission line,
при этом  wherein
(1) заполняют датчик контролируемым материалом,  (1) fill the sensor with a monitored material,
(2) формируют гармонический высокочастотный зондирующий сигнал  (2) form a harmonic high-frequency probing signal
посредством генератора, by means of a generator
(3) подают зондирующий сигнал на вход датчика,  (3) provide a probe signal to the sensor input,
(4) перестраивают генератор в диапазоне частот,  (4) rebuild the generator in the frequency range,
(5) при перестройке измеряют напряжение на выходе детектора,  (5) during tuning, measure the voltage at the detector output,
(6) подают зондирующий сигнал с входа датчика на вход детектора через первый дополнительный отрезок линии передачи, в котором создают режим бегущих волн,  (6) provide a probe signal from the sensor input to the detector input through the first additional segment of the transmission line, in which traveling waves are created,
(7) преобразуют зондирующий сигнал в напряжение низкой частоты посредством детектора,  (7) convert the probe signal to a low frequency voltage by means of a detector,
(8) по минимальным значениям напряжения низкой частоты определяют частоты гармоник, характеризующиеся тем, что на этих частотах длина сигнального проводника равна или кратна половине длины волны зондирующего сигнала в контролируемом материале,  (8) by the minimum values of the low-frequency voltage, the harmonic frequencies are determined, characterized by the fact that at these frequencies the length of the signal conductor is equal to or a multiple of half the wavelength of the probing signal in the material under test
(9) сравнивают частоту гармоники, измеренную при заполнении датчика контролируемым материалом, с частотой гармоники, измеренной при заполнении датчика воздухом, и по этим частотам или по их отношению определяют физические параметры контролируемого материала, отличающийся тем, что в нем  (9) compare the harmonic frequency, measured when the sensor is filled with the material to be monitored, with the harmonic frequency, measured when the sensor is filled with air, and by these frequencies or by their ratio, determine the physical parameters of the material being monitored, characterized in that
используют второй дополнительный отрезок линии передачи, электрическая длина которого выбрана равной электрической длине первого дополнительного отрезка,  use the second additional segment of the transmission line, the electrical length of which is chosen equal to the electrical length of the first additional segment,
детектор выполнен в виде фазового дискриминатора, у которого выходное напряжение достигает минимума, когда его входные сигналы или синфазны или противофазны, при этом  the detector is designed as a phase discriminator, in which the output voltage reaches a minimum when its input signals are either in phase or out of phase, while
зондирующий сигнал с выхода датчика подают на второй вход детектора через второй дополнительный отрезок линии передачи, в котором создают режим бегущих волн, и определяют частоты гармоник сравнением фазы высокочастотного зондирующего сигнала на входе датчика с фазой высокочастотного зондирующего сигнала на выходе датчика посредством детектора. the probe signal from the sensor output is fed to the second detector input through the second additional segment of the transmission line, in which a traveling wave mode is created, and determine the frequency of the harmonics by comparing the phase of the high-frequency probing signal at the input of the sensor with the phase of the high-frequency probing signal at the output of the sensor by means of a detector.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые физические параметры материала представляют собой влажность материала, диэлектрическую проницаемость, концентрацию смеси веществ, плотность, показатель преломления материала.  2. The method according to claim 1, characterized in that the said physical parameters of the material are the moisture content of the material, the dielectric constant, the concentration of the mixture of substances, density, and the refractive index of the material.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что генератор перестраивают в диапазоне частот дискретными шагами, на каждом шаге перестройки определяют напряжение на выходе детектора, и по частотной зависимости указанного напряжения, измеренной во всем диапазоне частот перестройки генератора, определяют частоты гармоник.  3. The method according to claim 2, characterized in that the generator is rearranged in the frequency range in discrete steps, the voltage at the detector output is determined at each tuning step, and the harmonic frequencies are determined from the frequency dependence of the specified voltage measured over the entire frequency range of the generator.
4. Способ по любому из п.2 или п.З, отличающийся тем, что сравнивают уровни зондирующего сигнала на входе и выходе датчика, по их отношению определяют диэлектрические потери в контролируемом материале и по полученному значению потерь уточняют измеряемые физические параметры.  4. Method according to any one of claim 2 or 3, characterized in that they compare the levels of the probing signal at the input and output of the sensor, determine the dielectric losses in the controlled material by their ratio, and determine the measured physical parameters by the obtained loss value.
5. Устройство измерения физических параметров контролируемого материала, содержащее:  5. A device for measuring the physical parameters of the monitored material, containing:
устройство измерения и управления,  measuring device and control,
датчик, выполненный в виде отрезка длинной линии передачи с сигнальным проводником и одним или несколькими экранными проводниками, пространство между которыми предназначено для заполнения контролируемым материалом,  a sensor made in the form of a segment of a long transmission line with a signal conductor and one or several screen conductors, the space between which is intended to be filled with a controlled material,
генератор, подключенный к входу датчика, при этом генератор выполнен с возможностью формирования высокочастотного гармонического зондирующего сигнала, кроме того, генератор выполнен перестраиваемым в диапазоне частот и имеет вход управления для регулировки частоты, подключенный к устройству измерения и  a generator connected to the sensor input, while the generator is configured to generate a high-frequency harmonic sounding signal, in addition, the generator is tunable in the frequency range and has a control input for adjusting the frequency connected to the measurement device and
управления, management,
детектор, имеющий выход, подключенный к устройству измерения и управления, при этом детектор выполнен с возможностью преобразования высокочастотного зондирующего сигнала в напряжение низкой частоты,  a detector having an output connected to a measurement and control device, wherein the detector is configured to convert a high-frequency probe signal into a low-frequency voltage,
первый дополнительный отрезок двухпроводной линии передачи, вход которого подключен к входу датчика, а выход подключен к первому входу детектора, причем первый дополнительный отрезок линии передачи выполнен согласованным на выходе, подключенном к детектору, что обеспечено, например, подсоединением согласующего резистора параллельно выходу указанного отрезка, выход генератора подключен к входу датчика непосредственно или через входной отрезок линии передачи, отличающееся тем, что в нем the first additional segment of the two-wire transmission line, whose input is connected to the sensor input, and the output connected to the first detector input, the first additional segment of the transmission line made consistent at the output connected to the detector, which is provided, for example, by connecting a matching resistor parallel to the output of the specified segment, the generator output is connected to the sensor input directly or through the input segment of the transmission line, characterized in that
упомянутый детектор выполнен в виде фазового дискриминатора, у которого выходное напряжение достигает минимума, когда его входные высокочастотные сигналы синфазны или противофазны,  said detector is designed as a phase discriminator, in which the output voltage reaches a minimum when its input high-frequency signals are in-phase or anti-phase,
при этом оно дополнительно содержит в себе второй дополнительный отрезок двухпроводной линии передачи, имеющий вход, подключенный к выходу датчика, и выход, подключенный ко второму входу детектора, причем электрическая длина второго дополнительного отрезка равна электрической длине первого дополнительного отрезка и второй дополнительный отрезок линии передачи также выполнен согласованным на выходе, подключенном к детектору.  while it additionally contains the second additional segment of the two-wire transmission line, having an input connected to the sensor output, and an output connected to the second input of the detector, the electrical length of the second additional segment being equal to the electric length of the first additional segment and the second additional segment of the transmission line also made consistent at the output connected to the detector.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что вышеупомянутый генератор выполнен в виде синтезатора, который формирует частоту зондирующего сигнала по цифровому коду, задаваемому вышеупомянутым устройством измерения и управления, причем последнее содержит процессор, выполненный с возможностью вычисления физических параметров контролируемого материала по значениям частот гармоник зондирующего сигнала.  6. The device according to claim 5, characterized in that the above-mentioned generator is made in the form of a synthesizer that generates the frequency of the probing signal using a digital code defined by the above-mentioned measurement and control device, the latter containing a processor capable of calculating the physical parameters of the material being monitored harmonic frequencies of the probing signal.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что вышеупомянутое устройство измерения и управления содержит усилитель с нелинейной амплитудной  7. The device according to claim 6, characterized in that the aforementioned measurement and control device comprises an amplifier with non-linear amplitude
характеристикой, обеспечивающий усиление выходного напряжения детектора таким образом, что напряжение низкого уровня усиливается, а напряжение высокого уровня ограничивается. characteristic that enhances the output voltage of the detector in such a way that the low level voltage is amplified, and the high level voltage is limited.
8. Устройство по любому из п.6 или п.7, отличающееся тем, что  8. Device according to any one of p. 6 or p. 7, characterized in that
вышеупомянутый детектор содержит устройство для измерения и вычисления отношения уровней зондирующего сигнала на входе и выходе датчика, выход указанного устройства подключен к вышеупомянутому устройству измерения и управления, причем, процессор вышеупомянутого устройства измерения и управления вычисляет физические параметры материала по значениям частот гармоник и по величине отношения уровней The aforementioned detector contains a device for measuring and calculating the ratio of the levels of the probe signal at the input and output of the sensor, the output of the specified device is connected to the aforementioned measurement and control device, moreover, the processor of the above measurement and control device calculates the physical parameters of the material by harmonic frequency values
зондирующего сигнала на входе и выходе датчика. probe signal at the input and output of the sensor.
9. Устройство по любому из пп.5-8, отличающееся тем, что вышеупомянутый первый дополнительный отрезок линии передачи подключен к входу вышеупомянутого датчика через делитель мощности, выполненный, в частности, в виде резистора, который включен между входом вышеупомянутого датчика и входом вышеупомянутого первого дополнительного отрезка линии передачи. 9. Device according to any one of paragraphs.5-8, characterized in that the above-mentioned first additional segment of the transmission line is connected to the input of the above-mentioned sensor through a power divider, made in particular in the form of a resistor that is connected between the input of the above-mentioned sensor and the input of the above-mentioned first additional line segment transmission.
10. Устройство по любому из пп.5-9, отличающееся тем, что вышеупомянутый экранный проводник датчика выполнен в виде трубы, а вышеупомянутый сигнальный проводник датчика выполнен в виде металлического прутка, который расположен внутри трубы или параллельно ее оси, или перпендикулярно к оси трубы вдоль диаметра, при этом на концах сигнальный проводник закреплен в электровводах, содержащих диэлектрический изолятор, электровводы расположены либо на боковой поверхности трубы, либо на торцевой заглушке трубы, соответственно, сигнальный проводник датчика имеет либо П-образную форму, либо Г-образную форму, либо форму прямого отрезка, входной и дополнительные отрезки линии передачи выполнены из коаксиального кабеля и подключены к сигнальному проводнику датчика через указанные электровводы. 10. Device according to any one of paragraphs.5-9, characterized in that the above-mentioned screen sensor conductor is made in the form of a pipe, and the above-mentioned signal conductor of the sensor is made in the form of a metal rod, which is located inside the pipe or parallel to its axis, or perpendicular to the pipe axis along the diameter, while at the ends the signal conductor is fixed in electrical leads containing a dielectric insulator, the electrical leads are located either on the side surface of the pipe or on the end cap of the pipe, respectively, the signal wire The IR sensor is either U-shaped, or L-shaped, or a straight segment, the input and additional transmission lines are made of coaxial cable and connected to the signal conductor of the sensor through the specified electrical inputs.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что на внешней поверхности вышеупомянутой трубы соосно с электровводами установлены два металлических корпуса, выполненные в виде стаканов с отверстием в дне, причем электровводы установлены в указанных отверстиях, стаканы соединены металлическими трубками с дополнительным корпусом, внутри которого установлен вышеупомянутый детектор, дополнительные отрезки линии передачи размещены в указанных трубках.  11. The device according to claim 10, characterized in that on the outer surface of the above-mentioned pipe coaxially with electrical leads are installed two metal housings made in the form of glasses with a hole in the bottom, and the electrical leads are installed in these holes, the glasses are connected by metal tubes with an additional body inside which installed the above-mentioned detector, additional segments of the transmission line are placed in these tubes.
12. Устройство по любому из пп.5-9, отличающееся тем, что вышеупомянутый экранный проводник датчика выполнен в виде щита, а вышеупомянутый сигнальный проводник датчика выполнен в виде металлического прутка, который установлен на щите и имеет П-образную форму, на концах сигнальный проводник закреплен в электровводах, содержащих диэлектрический изолятор, указанные электровводы закреплены в щите, входной и дополнительные отрезки линии передачи выполнены из коаксиального кабеля и подключены к сигнальному проводнику датчика через указанные электровводы.  12. Device according to any one of paragraphs.5-9, characterized in that the aforementioned screen conductor of the sensor is made in the form of a shield, and the above-mentioned signal conductor of the sensor is made in the form of a metal bar, which is mounted on the shield and has a U-shape, at the ends of the signal the conductor is fixed in electrical leads containing a dielectric insulator, the specified electrical leads are fixed in the switchboard, the input leads and additional sections of the transmission line are made of a coaxial cable and connected to the signal conductor of the sensor through these electrical leads.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что на внешней поверхности щита соосно с электровводами установлены два металлических корпуса, выполненные в виде стаканов с отверстием в дне, причем, электровводы установлены в указанных отверстиях, внутри первого металлического корпуса, в котором находится выход сигнального проводника датчика, установлен детектор, стаканы соединены металлической трубкой, внутри которой размещен первый дополнительный отрезок линии передачи, второй дополнительный отрезок линии передачи размещен в первом металлическом корпусе.  13. The device according to p. 12, characterized in that on the outer surface of the shield coaxially with electrical leads installed two metal housing, made in the form of glasses with a hole in the bottom, moreover, the electrical leads are installed in these holes, inside the first metal housing in which the outlet the signal conductor of the sensor, the detector is installed, the glasses are connected by a metal tube, inside which the first additional segment of the transmission line is placed, the second additional segment of the transmission line is placed in the first metal casing case.
14. Устройство по любому из пп.5-8, отличающееся тем, что проводники входного и дополнительных отрезков линии передачи и проводники датчика выполнены из металла, устойчивого к воздействию высоких температур, а электрическое соединение указанных проводников выполнено с помощью высокотемпературного припоя. 14. Device according to any one of paragraphs.5-8, characterized in that the conductors of the input and additional segments of the transmission line and the sensor conductors are made of metal resistant to high temperatures, and the electrical connection of these conductors is made using high-temperature solder.
15. Устройство по любому из пп.5-14, отличающееся тем, что в 15. Device according to any one of paragraphs.5-14, characterized in that
вышеупомянутом сигнальном проводнике, выполненном в виде металлического прутка, на его торце выполнено отверстие вдоль оси прутка, внутри отверстия установлен датчик температуры, в частности, термопара, провода датчика температуры подключены к устройству измерения и управления, причем на выходе из отверстия в прутке указанные провода намотаны на ферритовое кольцо. The aforementioned signal conductor, made in the form of a metal bar, has a hole along its axis on its end; a temperature sensor, in particular, a thermocouple, has a temperature sensor connected to a measurement and control device, and these wires are wound at the outlet of the hole in the bar on a ferrite ring.
16. Устройство по любому из пп.5-9, отличающееся тем, что вышеупомянутые экранный и сигнальный проводники датчика выполнены в виде параллельных стержней, причем экранный проводник может содержать либо один стержень, либо несколько параллельных стержней, в одном из которых выполнено вдоль его длины сквозное отверстие, все стержни закреплены своими концами на первом и втором металлических основаниях, причем стержни, образующие экранный проводник, закреплены на основаниях так, что образуют с основаниями электрический контакт, сигнальный проводник закреплен своими концами на основаниях посредством электровводов, содержащих диэлектрический изолятор, входной и дополнительные отрезки линии передачи выполнены из коаксиального кабеля и подключены к сигнальному проводнику датчика через указанные электровводы, при этом входной и первый дополнительный отрезки линии передачи подключены к входу датчика со стороны первого основания, второй дополнительный отрезок линии передачи подключен к выходу датчика со стороны второго металлического основания и выведен на сторону первого основания через упомянутое отверстие в стержне.  16. Device according to any one of paragraphs.5-9, characterized in that the above-mentioned screen and signal sensor conductors are made in the form of parallel rods, and the screen conductor can contain either one rod or several parallel rods, one of which is made along its length through hole, all rods are fixed with their ends on the first and second metal bases, and the rods forming the shield conductor are fixed on the bases so that they form an electrical contact with the bases, signaling The odnik is fixed with its ends on the bases by means of electrical leads containing a dielectric insulator, the input and additional segments of the transmission line are made of coaxial cable and connected to the signal conductor of the sensor through the specified electrical inputs, while the input and first additional segments of the transmission line are connected to the sensor input from the first base The second additional segment of the transmission line is connected to the sensor output from the side of the second metal base and is brought to the side of the first o Considerations through said hole in the rod.
17. Устройство по любому из пп.5-9, отличающееся тем, что вышеупомянутый экранный проводник датчика выполнен в виде трубы с прорезями в ее стенках, а сигнальный проводник датчика выполнен в виде металлической трубки, которая расположена внутри упомянутой трубы параллельно ее оси, на концах сигнальный проводник закреплен в электровводах, содержащих диэлектрический изолятор, электровводы расположены на торцевых стенках трубы, подключение входного и дополнительных отрезков линии передачи к сигнальному проводнику датчика  17. Device according to any one of paragraphs.5-9, characterized in that the above-mentioned screen sensor conductor is made in the form of a pipe with slots in its walls, and the signal conductor of the sensor is made in the form of a metal tube, which is located inside said pipe parallel to its axis, on The ends of the signal conductor are fixed in electrical inputs containing a dielectric insulator, the electrical leads are located on the end walls of the pipe, connecting the input and additional sections of the transmission line to the signal conductor of the sensor
произведено через указанные электровводы, входной и дополнительные отрезки линии передачи выполнены из коаксиального кабеля, второй дополнительный отрезок линии передачи, подключенный к выходу датчика, размещен внутри трубки, образующей сигнальный проводник, на выходе из трубки со стороны входа датчика указанный отрезок коаксиального кабеля намотан на ферритовое кольцо. the input and additional sections of the transmission line are made of a coaxial cable; the second additional segment of the transmission line connected to the sensor output is placed inside the tube forming the signal conductor; the segment of the coaxial cable is wound on ferrite cable at the tube output from the sensor input side ring.
PCT/RU2018/000220 2017-11-21 2018-04-06 Method and device for measuring the physical parameters of a material WO2019103645A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017140593 2017-11-21
RU2017140593A RU2665692C1 (en) 2017-11-21 2017-11-21 Method and device for measuring physical parameters of material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019103645A1 true WO2019103645A1 (en) 2019-05-31

Family

ID=63460167

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000220 WO2019103645A1 (en) 2017-11-21 2018-04-06 Method and device for measuring the physical parameters of a material
PCT/RU2018/000755 WO2019103655A2 (en) 2017-11-21 2018-11-16 Method and device for measuring the physical parameters of a material

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000755 WO2019103655A2 (en) 2017-11-21 2018-11-16 Method and device for measuring the physical parameters of a material

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11249033B2 (en)
RU (1) RU2665692C1 (en)
WO (2) WO2019103645A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108896582A (en) * 2018-04-10 2018-11-27 电子科技大学 A kind of coaxial material microwave real-time detection apparatus based on three port techniques

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110031683A (en) * 2019-03-22 2019-07-19 金华职业技术学院 A kind of processing method for the pressure chamber of dielectric spectrometry under cryogenic conditions
CN110658218B (en) * 2019-11-15 2024-05-31 河北大学 Gas-liquid two-phase flow phase content detection device and method based on coaxial line phase method
CN112881850B (en) * 2021-03-10 2024-06-25 大连德昌线缆有限公司 Rated current-carrying capacity testing machine for cable
CN113640320B (en) * 2021-08-25 2022-06-10 江苏麦赫物联网科技有限公司 Method for detecting water content of crude oil

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080234958A1 (en) * 2003-10-27 2008-09-25 Klaus Kupfer Method for Determining the Humidity and Density of a Dielectric Material
WO2014077736A1 (en) * 2012-11-14 2014-05-22 Sizikov Oleg Kreonidovich Moisture meter for bulk solids
RU2571301C2 (en) * 2013-09-23 2015-12-20 Олег Креонидович Сизиков Method to measure physical parameters of material
RU2576552C1 (en) * 2014-09-17 2016-03-10 Олег Креонидович Сизиков Method and device for measuring physical parameters of material

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4862060A (en) * 1986-11-18 1989-08-29 Atlantic Richfield Company Microwave apparatus for measuring fluid mixtures
CH689902A5 (en) * 1995-05-29 2000-01-14 Buehler Ag Method and apparatus for continuous measurement of moisture of a bulk material.
ES2160468B1 (en) * 1998-12-23 2003-04-01 Univ Valladolid SYSTEM FOR THE MEASUREMENT AND CONTROL OF MOISTURE OF DIELECTRIC FLUID SUBSTANCES IN REAL TIME.
EP1704407B1 (en) * 2003-10-24 2013-05-08 Troxler Electronic Laboratories, Inc. Asphalt microwave density measurement method
US7548069B2 (en) * 2005-06-10 2009-06-16 Maury Microwave, Inc. Signal measurement systems and methods
US9011820B2 (en) 2007-05-21 2015-04-21 Saint Louis University Screening tool for antiviral agents
CN103091340A (en) * 2013-02-22 2013-05-08 云南大学 Micro-strip surface whispering gallery mode sensor
EP2989280A4 (en) * 2013-07-24 2016-11-16 Halliburton Energy Services Inc Method and device for the concurrent determination of fluid density and viscosity in-situ
DE212015000221U1 (en) * 2014-09-17 2017-04-25 Vladimir Valerievich Konnov Measuring device for the physical parameters of a material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080234958A1 (en) * 2003-10-27 2008-09-25 Klaus Kupfer Method for Determining the Humidity and Density of a Dielectric Material
WO2014077736A1 (en) * 2012-11-14 2014-05-22 Sizikov Oleg Kreonidovich Moisture meter for bulk solids
RU2571301C2 (en) * 2013-09-23 2015-12-20 Олег Креонидович Сизиков Method to measure physical parameters of material
RU2576552C1 (en) * 2014-09-17 2016-03-10 Олег Креонидович Сизиков Method and device for measuring physical parameters of material

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108896582A (en) * 2018-04-10 2018-11-27 电子科技大学 A kind of coaxial material microwave real-time detection apparatus based on three port techniques

Also Published As

Publication number Publication date
US11249033B2 (en) 2022-02-15
US20200348246A1 (en) 2020-11-05
WO2019103655A2 (en) 2019-05-31
WO2019103655A3 (en) 2019-07-25
RU2665692C1 (en) 2018-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019103645A1 (en) Method and device for measuring the physical parameters of a material
US8855947B2 (en) Multiphase flow metering with patch antenna
JP2523342B2 (en) Device for measuring the concentration of one fluid contained in another fluid
CA2572955C (en) A method and apparatus for measuring the composition and water salinity of a multiphase mixture containing water
US20100148804A1 (en) Device and method for determining at least one parameter of a medium
US9909911B2 (en) Multiphase flow measurement using electromagnetic sensors
US20200378903A1 (en) Detection system and detection method for water content and conductivity
JP2015227874A (en) Sensor, measuring device, and measuring method
RU2473052C1 (en) Device for measuring level of dielectric liquid in container
RU2576552C1 (en) Method and device for measuring physical parameters of material
Sheppard et al. Design and construction of a coaxial line cell for measuring the complex permittivity of a liquid
WO2016043629A1 (en) Method and device for measuring the physical parameters of a material
RU2536184C1 (en) Concentration meter
RU2412432C1 (en) Fluid physical properties metre
Szwarnowski A transmission line cell for measuring the permittivity of liquids over the frequency range 90 MHz to 2 GHz
CN211148469U (en) Non-contact moisture content measuring apparatu
RU2125245C1 (en) Method of determination of substance level in reservoir
RU2367911C1 (en) Detector of liquid level in open channels
RU2762069C1 (en) Device for measuring the level of dielectric liquid in a container
RU2794447C1 (en) Device for measuring level of dielectric liquid in tank
RU2768556C1 (en) Apparatus for measuring the level of liquid in a tank
RU2762058C1 (en) Device for measuring the physical properties of a dielectric liquid
RU2474830C1 (en) Method to measure comprehensive dielectric permeability of liquid and loose substances in wide range of frequencies
WO2018038631A1 (en) Device for measuring the physical parameters of a material
RU2645836C1 (en) Method of determining the level of liquid in a reservoir

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18881397

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18881397

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1